DE3023304C2

DE3023304C2 - Elektronischer Temperaturregler für Kühl- oder Gefriergeräte mit einem Kompressor

Info

Publication number: DE3023304C2
Application number: DE19803023304
Authority: DE
Inventors: Heinz 7210 Rottweil Bucher
Original assignee: Metronic Electronic 7210 Rottweil De GmbH
Current assignee: Metronic Electronic 7210 Rottweil De GmbH
Priority date: 1980-06-21
Filing date: 1980-06-21
Publication date: 1982-08-12
Also published as: DE3023304A1

Description

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 eier Solltemperatur entsprechende elektrische Bezugsspannung vorwählbar ist, ein Temperaturfühler mit einem temperaturabhängigen Widerstand mit negativem Temperaturkoeffizienten zur Ableitung einer der Isttemperatur entsprechenden Meßspannung vorgesehen ist und bei dem ein elektronischer Schaltkreis mit Schalthysterese aus der Differenz von Bezugs- und Meßspannung das Steuersignal für den elektronischen Schalter ableitet.

Ein derartiger Temperaturregler ist durch die DE-OS 45 172 bekannt. Übersteigt die Isttemperatur die Solltemperatur, dann wird über das Steuersignal der elektronische Schalter leitend gesteuert und der Elektromotor des Kompressors eingeschaltet. Der Elektromotor bleibt dann so lange eingeschaltet, bis die Isttemperatur um den durch die Schalthysterese des elektronischen Schaltkreises vorgegebenen Temperatursprung abgesunken ist. Bei Kühl- oder Gefriergeräten muß die Solltemperatur in einem größeren Bereich, z. B. 16° bis 31"C, vorgewählt werden können. Bei dem bekannten Temperaturregler wird der temperaturab-

hängige 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 Spannungsteiler angeschlossene Triggerschaltung verändert und so die Solltemperatur vorgewählt werden kann. Die zweistufige Triggerschaltung "hat einen Rückkopplungskreis, der die Sjhalthysterese festlegt. 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.

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 oei Schwankungen der Speisespannung keine Regelfehler aufweist.

Diese Aufgabe wird "ach der Erfindung dadurch gelöst, daß zur Ableitung der Meßspannung ein Meß-Operationsverstärker vorgesehen ist, dessen erstem Eingang eine konstante Vorspannung zugeführt ist und dessen zweiter Eingang über einen Widerstand mit dem Nullpotential 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.

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 temperaturabhängigen 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.

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 Bezugsspannung an einem Spannungsteiler mit einem einstellbaren Widerstand einstellbar abgreifbar ist und daß dieser Spannungsteiler von der Ausgangsspannung derselben Konstantspannungsquelle gespeist ist.

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 Konstantstromouelle sind handelsüblich.

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

Damit dieser handelsübliche integrierte Schaltkreis optimal ausgenutzt ist, ist die weitere Auslegung so, daß zumindest der Meß-Operationsverstärker Teil des integrierten Schaltkreises ist.

Der Temperaturregler kann nach einer Weiterbildung dadurch zur Überwachung und Alarmgabe beim Überschreiten einer vorgegebenen Grenztemperatur ausgenutzt werden, daß an dem Spannungsteiler für die vorwählbare bezugsspannung 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 Meß-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 kann 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.

Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 die Stromkreise zur Ableitung der Meßspannung, der Bezugsspannung und des Steuersignals für die Ansteuerung des elektronischen Schalters und

F i g. 2 die Stromkreise zur Erzeugung der Speisespannung für die Stromkreise nach F i g. 1 und die von dem Steuersignal gesteuerten Stromkreise.

Die Speisespannung — U der Stromkreise nach F i g. 1 ist die Ausgangsspannung einer Konstantspannungsquelle KU, die z. B. in einem integrierten Schaltkreis /C nach F i g. 2 enthalten ist. 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. 12 V bis 16 V. An den Ausgangsanschlüssen 10 und 14 kann die konstante Ausgangsspannung — U von z. B. 8,7 V abgegriffen werden. Der integrierte Schaltkreis IC enthält außerdem einen Operationsverstärker, der als Meß-Operationsverstärker M-OP nach F i g. 1 verwendet wird, und einen Ansteuerkreis ASt für den elektronischen Schalter. Dieser Ansteuerkreis ASt ist als Phasenanschnittsteuerkreis ausgebildet, der über den Eingang 11 von dem Steuersignal StS ansteuerbar ist. Dei Elektromotor M wird mit dem in Reihe geschalteten elektronischen Schalter T von der Netzwechselspannung gespeist. Das den elektronischen Schalter Tleitend 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 F i g. 2 noch angedeutet ist, werden die Konstantspannungsquelle KU, der als Meß-Operationsverstärker M-OP verwendete Operationsverstärker und der Ansteuerkreis ASt von der am Siebkondensator Canstehenden Gleichspannung gespeist.

Wie die Bezugszeichen 3, 4 und 5 am Meß-Operationsverstärker M-OP zeigen, ist dieser ein Teil des integrierten Schaltkreises IC nach F i g. 2. Die Versorgungsspannung der Stromkreise nach F i g. 1 ist die Ausgangsspannung - U der Konstantspannungsquelle KU. die einen ersten Spannungsteiler aus den Widerständen R2 und A3 und einen zweiten Spannungsteiler aus den Widerständen R 4 bis R 8 speist. An dem Verbindungspunkt der Widerstände R 2 und Λ 3 wird die konstante Vorspannung u 1 abgegriffen, die dem ersten Eingang + des Meß-Operationsverstärkers M-OP zugeführt wird. Der zweite Eingang - des Meß-Operationsverstärkers M-OP ist über den Widerstand R 1 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 Ausnutzung des Verstärkungsfaktors des Meß-Operationsverstärkers M-OP einen großen Spannungsunterschied pro °C ergibt, der in der Größenordnung von ca. 0,2 V/°C 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.

Die Temperaturvorgabe für den Temperaturregler erfolgt über Bezugsspannung υ 2, die an dem zweiten Spannungsteiler abgegriffen wird. Um einen Arbeitsbereich von etwa 16^DC bis 31°C einstellen zu können, erfolgt der Abgriff über den einstellbaren Widerstand R 6. Der Widerstand R 5 ist ebenfalls einstellbar, um einen Abgleich für den gewünschten Arbeitsbereich vornehmen zu können. Die einstellbare konstante Bezugsspannung u2 wird über den Widerstand RIO dem ersten Eingang + des Steuerungs-Operationsverstärkers St-OP zugeführt. Dem zweiten Eingang - des Steuerungs-Operationsverstärkers St-OP wird über den Widerstand R 9 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

ίο Meß-Operationsverstärkers M-OP an, die zur Auslösung eines Steuersignals StS am Ausgang des Steuerungs-Operationsverstärkers St-OP führt, das über den Ansteuerkreis AS/des integrierten Schaltkreises /Cden elektronischen Schalter Tleitend steuert. Der Elektromotor M des Kompressors wird eingeschaltet, so daß gekühlt wird. Damit die Abschaltung des Kompressors und die Wiedereinschaltung in einem vorgegebenen Temperaturbereich erfolgt, ist der Ausgang des Steuerungs-Operationsverstärkers St-OP über den Widerstand All mit dem ersten Eingang + des Steuerungs-Operationsverstärkers St-OP verbunden. Durch die Auslegung dieses Widerstandes All 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.

An dem zweiten Spannungsteiler wird zwischen den Widerständen R 7 und RS noch eine Grenzspannung u 3 abgegriffen, die einer vorgegebenen Grenztemperatür, die nicht überschritten werden soll, entspricht Die Meßspannung Um und diese Grenzspannung u3 werden über die Widerstände Λ12 und /?13 den Eingängen eines Alarm-Operationsverstärkers AL-OP zugeführt. 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 Grenz-

spannung υ 3 zugeführt wird, kann auch hier eine Schalthysterese vorgegeben werden. Diese Schalthysterese kann unabhängig von der Schalthysterese des Steuerungs-Operationsverstärkers St-OP gewählt werden.

Da am Ausgang des Meß-Operationsverstärkers M-OP nunmehr eine große leistungsstarke Meßspannung Um zur Verfügung steht, kann die gemessene Temperatur direkt und mii gröSercr Genauigkeit als bei bekannten Temperaturanzeigegeräten angezeigt werden. Dazu wird nur ein als Temperaturanzeigevorrichtung TA verwendetes Meßinstrument mit dem Ausgang des Meß-Operationsverstärkers M-OP verbunden, wie der F i g. 1 zu entnehmen ist

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektronischer 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 ι ο temperaturabhängigen Widerstand mit negativem Temperaturkoeffizienten zur Ableitung einer der Isttemperatur entsprechenden Meßspannung vorgesehen ist und bei dem ein elektronischer Schaltkreis mit Schalthysterese aus der Differenz von Bezugs- und Meßspannung das Steuersignal für den elektronischen Schalter ableitet, dadurch gekennzeichnet,

daß zur Ableitung der Meßspannung (Um) ein Meß-Operationsverstärker (M-OP) vorgesehen ist, dessen erstem Eingang (+) eine konstante Vorspannung (u Y) zugeführt ist und dessen zweiter Eingang (-) über einen Widerstand (R 1) mit dem Nullpotential verbunden ist,

daß dem temperaturabhängigen Widerstand (NTC) ein Linearisierungswiderstand (Ro) parallelgeschaltet ist,

daß diese Parallelschaltung mit dem zweiten Eingang (-) und dem Ausgang des Meß-Operationsverstärkers ('M-OP^verbunden ist, daß die der Solltemperatur entsprechende Bezugsspannung (u2) dem ersten Eingang ( + ) eines als Schaltkreis verwendeten Steuerungs-Operationsverstärkers (St-OP) zugeführt ist, dessen zweiter Eingang (-) mit dem Ausgang des Meß-Operations-Verstärkers (M-OP) verbunden ist, und
daß der Ausgang des Steuerungs-Operationsverstärkers (St-OP) über einen Widerstand (R 11) mit dem ersten Eingang ( + ) des Steuerungs-Operationsverstärkers (St-OP) gekoppelt ist und das Steuersignal (StS) für den elektronischen Schalter (T) abgibt.

2. Temperaturregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die konstante Vorspannung CuI) für den ersten Eingang (+) des Meß-Operationsverstärkers (M-OP) an einem Spannungsteiler (R 2, R 3) abgreifbar ist, der von der Ausgangsspannung (-U) einer Konstantspannungsquelle (KU) gespeist ist.

3. Temperaturregler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die der Solltemperatur entsprechende Bezugsspannung (u 2) an einem Spannungsteiler (R 4 bis RS) mit einem einstellbaren Widerstand (R 6) einstellbar abgreifbar ist und

daß dieser Spannungsteiler von der Ausgangsspannung (-U) derselben Konstantspannungsquelle Eingespeist ist

4. Temperaturregler nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Konstantspannungsquelle (KU)TtW eines integrierten Schaltkreises (IC) ist der über eine Diode (D), einen Vorwiderstand (R V) und einen Siebkondensator (C) von der Netzwechselspannung gespeist ist.

5. Temperaturregler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersignal (StS) des Steuerungs-Operationsverstärkers (St-OP) einem Ansteuerkreis (ASt) des elektronischen Schalters (T) zugeführt ist und

daß dieser Ansteuerkreis (ASt) Teil des integrierten

Schaltkreises (IC) ist

6. Temperaturregler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ansteuerkreis (ASt) als Phasenanschnittsteuerkreis ausgebildet ist

7. Temperaturregler nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet daß auch der Meß-Operationsverstärker (M-OP) Teil des integrierten Schaltkreises (IC)Kt.

8. Temperaturregler nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet

daß an dem Spannungsteiler (R 4 bis RS) für die vorwählbare Bezugsspannung (u 2) eine weitere, der Grenztemperatur entsprechende Grenzspannung (u 3) abgreifbar ist,

daß diese Grenzspannung (u 3) dem ersten Eingang ( + ) eines Alarm-Operationsverstärkers (AL-OP) zugeführt ist,

daß der zweite Ei.igang ( —) des Alarm-Operationsverstärkers (AL-OP) mit dem Ausgang des Meß-Operationsverstärkers (M-OP) verbunden ist und
daß der Ausgang des Alarm-Operationsverstärkers (AL-OP) über einen Widerstand (R 14) mit dem ersten Eingang (+) des Alarm-Operationsverstärker? (AL-OP) gekoppelt ist und das Alarmsignal (ALS) abgibt.

9. Temperaturregler nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Widerstand (R 14) zwischen dem Ausgang und dem ersten Eingang ( + ) des Alarm-Operationsverstärkers (AL-OP) die Schalthysterese des Alarm-Operationsverstärkers (AL-OP) festgelegt ist.

10. Temperaturregler nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet daß am Ausgang des Meß-OperationsverstärkersfM-OP^als Temperaturanzeigevorrichtung (TA) ein Meßinstrument angeschaltet ist, dessen Skala entsprechend der der zugeführten Meßspannung (Um) entsprechenden Temperatur geeicht ist.