DE3232661A1 - Regler fuer ein widerstands-heizelement - Google Patents

Regler fuer ein widerstands-heizelement

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Robert John 94043 Mountain View Calif. Strehlow
Paul Satoru Tamura
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Oximetrix Inc
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    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D23/00—Control of temperature
    • G05D23/19—Control of temperature characterised by the use of electric means
    • G05D23/20—Control of temperature characterised by the use of electric means with sensing elements having variation of electric or magnetic properties with change of temperature
    • G05D23/24—Control of temperature characterised by the use of electric means with sensing elements having variation of electric or magnetic properties with change of temperature the sensing element having a resistance varying with temperature, e.g. a thermistor
    • G05D23/2401—Control of temperature characterised by the use of electric means with sensing elements having variation of electric or magnetic properties with change of temperature the sensing element having a resistance varying with temperature, e.g. a thermistor using a heating element as a sensing element

Description

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HOFFMANN · EITLE & PARTNER
PATENTANWÄLTE DR. ING. E. HOFFMANN (1930-1976) · DIPl.-ING. W. EITLE . DR.RER. NAT. K.HOFFMAN N · Df PL.-ING. W. LEHN
DIPL.-ING. K. FOCHSLE · DR. RER. NAT. B. HANSEN ARABELLASTRASSE A · D-8000 M 0 NCHEN 81 · TELEFON (089) 911087 . TE LEX 05-29619 (PATHE)
- 12 - 37 417
OXIMETRIX, Inc., Mountain View, Calif. /USA
Regler für ein Widerstands-Heizelement
Die Erfindung betrifft einen Regler, durch den ein Widerstands-Heizelement auf eine gewünschte Temperatur erhitzt wird und speziell einen Regler, der den Stromfluß durch das Widerstands-Heizelement regelt und zwar abhängig von der Beziehung zwischen dem Spannungsabfall über dem Widerstands-Heizelement, dem Stromfluß durch das Widerstands-Heizelement und dem vorausgesagten Widerstandswert des Heizelements bei der vorbestimmten Temperatur.
Widerstands-Heizelemente stellen eine einfache und wirtschaftliche Einrichtung dar, um Wärme in einem "weiten Feld von Möglichkeiten bzw. Situationen zu erzeugen. Beispielsweise kommen derartige Vorrichtungen auf den unterschiedlichsten Gebieten zum Einsatz, wie in häuslichen Einrichtungen, industriellen Einrichtungen und medizinisch/operativen Einrichtungen bzw. Instrumenten, wobei bei allen diesen Gebieten Widerstands-Heizelemente verwendet werden, um gewünschte Temperaturen unter sich ändernden Bedingungen
zu erreichen oder aufrechtzuerhalten. In einigen Anwendungsfällen, wie beispielsweise bei häuslichen Heizsystemen ist eine relativ grobe Temperaturregelung des Widerstands-Heizelements ausreichend, um die Temperaturanforderungen zufrieden zu stellen. Bei anderen Anwendungsfällen, wie solchen, bei denen hemostatische Skalpelle während operativer Eingriffe zur Anwendung gelangen, erfordern eine äußerst genaue Steuerung der Temperatur des verwendeten Widerstands-Heizelements. Vorteile und Vorzüge TO eines derart ausgeführten Gerätes, welches eine feine Temperatursteuerung oder Regelung des Widerstands-Heizelements ermöglicht, sind offensichtlich.
Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Regler für ein Widerstands-Heizelement zu schaffen.
Im Rahmen dieser Aufgabe soll ein Regler für ein Widerstands-Heizelement geschaffen werden, mit dem die Größe des Stromes, der durch das Widerstands-Heizelement fließt, äußerst genau geregelt werden kann, um die Temperatur des Widerstands-Heizelements zu steuern. Dabei soll der Regler das Widerstands-Heizelement auf eine gewünschte Temperatur regeln, wobei der Regler den Widerstandswert des Heizelements bei der gewünschten Temperatur vorausbestimmen soll.
Auch soll durch die Erfindung ein Regler für die Erwärmung eines Widerstands-Heizelements auf eine gewünschte Temperatur geschaffen werde, bei dem ein erfaßter Strom an das Widerstands-Heizelement gekoppelt wird und dazu verwendet wird, den Widerstandswert des Heizelements bei Umgebungstemperatur oder Raumtemperatur zu ermitteln. Der vorausbestimmte Widerstandswert des Heizelements bei der gewünschten Temperatur wird dann anschließend dadurch bestimmt, in
dem der Umgebungswiderstand mit einem Parameter multipliziert wird, der sich als Funktion der gewünschten Temperatur ändert.
Der Regler nach der Erfindung soll weiter so ausgebildet sein, daß ein Widerstandselement auf eine gewünschte Temperatur erhitzt werden kann, wobei der Regler sowohl"den durch das Widerstands-Heizelement fließenden Strom mißt als auch den Spannungsabfall mißt, der über dem Widerstands-Heizelement auftritt und der dann anschließend die gemessenen Werte des Stromflusses und des Spannungsabfalls mit einem vorhergesagten Widerstandswert des Heizelementes bei der gewünschten Temperatur kombiniert, um daraus ein Steuersignal zu gewinnen, dessen Wert sich als Funktion des Unterschiedes zwischen dem gemessenen Spannungsabfall und dem Produkt aus dem gemessenen Stromfluß und dem vorhergesagten Widerstandswert ändert. Das ermittelte Steuersignal wird dann anschließend dazu verwendet, den Stromfluß durch das Widerstands-Heizelement zu steuern.
Der Regler nach der vorliegenden Erfindung umfaßt ferner eine analoge Reglerschaltung zum Erwärmen eines Widerstands-Heizelements auf eine gewünschte Temperatur, wobei die analoge Regierschaltung den durch das Heizelement fließenden und gemessenen Wert des Stromes sowohl mit einem ersten variablen Verstärkungsfaktor multipliziert, welcher den Widerstandswert des Heizelementes bei Umgebungstemperatur wiedergibt, als auch mit einem zweiten variablen Verstärkungsfaktor multipliziert, der einen Parameter darstellt, welcher von der gewünschten Temperatur abhängig ist um dadurch ein Signal zu erzeugen, welches proportional zum Produkt aus dem Strom durch das Heizelement und dem vorausgesagten Widerstandswert des Heizelements bei der gewünsch-
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ten Temperatur ist.
Ferner wird durch die Erfindung ein Regler mit einer analogen Reglerschaltung zum Heizen eines Widerstands-Heizelements geschaffen, um dieses Widerstands-Heizelement auf eine gewünschte Temperatur zu erhitzen, wobei ein dem Spannungsabfall über dem Widerstands-Heizelement wiedergebendes Signal mit einem Signal verglichen wird, welches das Produkt aus dem Stromfluß durch das Heizelement und dem vorausgesagten Widerstandswert des Heizelementes bei der gewünschten Temperatur wiedergibt, um ein Steuersignal abzuleiten, dessen Wert von der Differenz zwischen dem spannungs-repr ^sentativen Signal und dem produkt-repräsentativen Signal abzuleiten. Dieses Steuersignal wird anschließend dazu verwendet, den Stromfluß von einer Stromquelle durch das Widerstands-Heizelement derart tormäßig zu steuern, daß das Widerstands-Heizelement auf die gewünschte Temperatur gebracht wird.
Die genannte Aufgabe wird durch die vorliegende Erfindung mit Hilfe eines Reglers gelöst, der den Stromfluß durch das Widerstands-Heizelement dadurch regelt, in dem er den vorausgesagten Widerstandswert Rhot des Heizelements bei der gewünschten Temperatur berechnet und in dem er den Spannungsabfall über dem Widerstands-Heizelement und den durch das Widerstands-Heizelement fließenden Strom solange einstellt, bis die Beziehung V = IRhot befriedigt ist. Auf diese Weise kann der Regler die gewünschte Temperatur des Heizelements durch Messen der Spannung und des Stromes realisieren und zwar ohne die Verwendung eines elektrischen Signals, welches direkt proportional zum Widerstandswert des Heizelementes ist. Bei einem Ausführungsbeispiel nach der Erfindung gelangt eine analoge Regelschleife zur Anwen-
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dung, um die Spannung über dem Widerstands-Heizelement zu verändern, bis der durch das Heizelement fließende Strom, multipliziert mit dem vorausgesagten Widerstandswert bei der gewünschten Temperatur, gleich wird der Spannung über dem Heizelement. Wenn der Istwert des Widerstandswertes des Heizelements unter dem vorausgesagten Widerstandswert liegt, wodurch angezeigt wird, daß das Heizelement noch zu kalt ist, so ist die über dem Heizelement anstehende Spannung zu niedrig, um den erforderliehen Stromfluß zu bewirken, durch den der vorausgesagte Widerstandswert erreicht wird, so daß dann die analoge Regelschleife die Spannung entsprechend erhöht und damit auch den Istwert des Widerstandswertes des Heizelements und dessen Temperatur, um die Beziehung V = IR, , zu befriedigen. Dort, wo der Istwert des Widerstandes des Heizelements oberhalb dem vorausgesagten Widerstandswert liegt, senkt die Regelschleife den Spannungsabfall über dem Heizelement ab, um dadurch den Stromfluß durch das Widerstandsheizeleinent zu reduzieren und es wird erneut der Spannungsabfall, der Stronifluß und der Istwert des Widerstandes des Heizelements eingestellt, um die Beziehung V = IR, zu befriedigen. Die Spannungsmessungen werden mit Hilfe einer Spannungsverstärkerschaltung realisiert, die an das Widerstands-Heizelement angeschlossen ist. Die Strommessungen werden von einer Stromverstärkungsschaltung realisiert, die an einen Strommeßwiderstand angeschlossen ist, der in Reihe mit dem Widerstands-Heizelement liegt. Die Ausgangsgröße der Stromverstärkerschaltung wird in ein strom-repräsentatives Signal in einem Strom/Spannungswandler umgewandelt und gelangt zu einer ersten Verstärkerschaltung mit veränderlicher Verstärkung, deren Verstärkungsfaktor während der Eichfolge eingestellt wird, derart, daß die Ausgangsgröße der ersten Verstärkerschaltung mit variabler
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Verstärkung proportional zum Stromwert ist, der durch das Widerstands-Heizelement fließt, mulitpliziert mit dem Wert der Raumtemperatur oder Umgebungstemperatur-Widerstand. Eine zweite Verstärkerschaltung mit variabler Verstärkung multipliziert die Ausgangsgröße der ersten Verstärkerschaltung mit variabler Verstärkung mit einem Verstärkungsfaktor, der einen temperaturabhängigen Parameter wiedergibt. Der Wert des temperaturabhängigen Parameters ist in die zweite Verstärkerschaltung mit variabler Verstärkung als eine Funktion der gewünschten Temperatur einprogrammiert. Das Nettoergebnis entsprechend dem Hindurchschicken des strom-repräsentativen Signals durch sowohl den ersten als auch den zweiten Verstärker mit variabler Verstärkung besteht dann aus einem Ausgangssignal, welches das Produkt aus dem Stromfluß und dem vorausgesagten Widerstandswert bei der gewünschten Temperatur wiedergibt. Das spannungsreprtäsentative Signal aus der Spannungsverstärkerschaltung und das produkt-reprasentative Signal aus den zwei Verstärkerschaltungen mit variabler Verstärkung werden dann in einem Regelverstärker abgeglichen, um ein Steuersignal zu erzeugen, dessen Wert sich als Funktion der Differenz zwischen dem spannungs-repräsentativen Signal und dem produkt-repräsentativen Signal ändert. Das Steuersignal wird pegelmäßig verschoben, um dadurch der Regulierung des Stromes durch das Widerstands-Heizelement über den gesamten Betriebsspannungsbereich des Reglers Rechnung zu tragen und das pegelmäßig verschobene Steuersignal wird anschließend einem Torsteuerelement zugeführt, welches dann die Stromregelfunktion ausführt.
Die Eichfolge wird dadurch realisiert, in dem man eine Eichspannung an das Heizelement anlegt, um in diesem einen Fühl- oder Meßstrom zu induzieren, woraufhin ein Digital/
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Analogwandler, der mit dem strom-repr ;sentativen Signal aus dem Strom/Spannungswandler beschickt wird, durch einen Zähler getrieben wird, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, dessen Verstärkung gleich ist der Größe der Eichspannung. Der Verstärkungsfaktor des Digital/Analogwandlers, der den Wert des Heizelement-Widerstandes bei Raumtemperatur oder Umgebungstemperatur wiedergibt, wird in dem Digital/ Analogwandler blockiert oder gesperrt und dazu verwendet, das strom-repräsentative Signal während der nachfolgenden Heizfolgen zu multiplizieren. Der abgetastete Strom wird auch dem Widerstands-Heizelement aufgedrückt, wenn das Widerstands-Heizelement nicht aufgeheizt wird, um festzustellen, ob das Heizelement richtig an den Regler angeschlossen ist oder nicht. Eine Grenzwert-Fühlerschaltung gelangt sowohl während der Eichfolgen als auch während der Heizfolgen zur Anwendung, um die Widerstandswerte des Heizelements festzustellen, die oberhalb vorbestimmter zulässiger Minimal- und Maximalwerte liegen.
im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Hinweis auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 eine schematische Darstellung, bei der die fundamentalen Betriebsweisen eines Reglers
herausgegriffen sind, der im Sinne der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist;
Fig. 2 ein Blockschaltbild einer analogen Ausführungsform des Reglers nach Fig. 1;
Fig. 3 eine Schaltungsanordnung der Strom- und
Spannungsmeßabschnitte des Reglers von Fig. 2;
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Fig. 4 eine Schaltungsanordnung der widerstandsberechnenden und stromvervielfachenden Abschnitte des Reglers nach Fig. 2;
Fig. 5A bis 5C Schaltungen, welche den Stromversorgungs-
abschnitt des Reglers nach Fig. 2 wiedergeben ;
Fig. 6 eine Schaltungsanordnung einer bevorzugten Ausführungsform der Logik zum Steuern der
Betriebsweise des Reglers nach Fig. 2;
Fig. 7 eine Schaltungsanordnung einer Parameter-Eingangsschaltung, die in Verbindung mit dem Regler nach Fig. 2 Verwendung findet;
Fig. 8 eine Schaltungsanordnung einer Anzeigeeinrichtung, die vorteilhaft bei dem Regler nach Fig. 2 verwendet werden kann; und 20
Fig. 9 eine Schaltungsanordnung eines Audioabschnittes, der vorteilhaft bei dem Regler nach Fig. 2 verwendet werden kann.
Es soll zunächst die bestmögliche Art zur Realisierung der Erfindung erläutert werden.
Die einfachen elektrischen Beziehungen, die zwischen dem Widerstandswert eines Widerstands-Heizelements und der Wärmemenge bestehen, die von dem Heizelement in Abhängigkeit von dem das Heizelement durchfließenden Strom abgegeben wird, machen ohm'sche Heizelemente besonders attraktiv und zwar vom Standpunkt der Steuer- und Regelungstechnik-
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Grundsätzlich ist die Wärmemenge, die von einem elektrischen Leiter abhängig von dem Stromfluß abgegeben wird, eine Funktion des Widerstandswertes dos Leiters. Der Widerstandswert ändert sich seinerseits mit der Änderung der Temperatur T des Leiters. Diese Beziehung zwischen Widerstandswert und Temperatur kann in der folgenden Weise zum Ausdruck gebracht werden:
R(T) = Ramb x (1 + *ΔΤ) ' C)
worin R . den Widerstandswert des elektrischen Leiters bei Umgebungstemperatur, λ einen Temperaturkoeffizienten mit einem Wert, der von der Zusammensetzung des elektrischen Leiters abhängig ist, und Δ T = T - T . bedeuten.
Unter Verwendung von Gleichung (1), kann der Wert des Widerstandes Rhot/ der durch den Stromfluß durch einen gegebenen elektrischen Leiter entsteht, für jede gewünschte Leitertemperatur T, . vorausgesagt werden. Diese Möglichkeit den Widerstandswert vorauszusagen, führt zu einer einfachen elektrischen Lösung des Problems einer sehr genauen Temperaturregelung. Die elementare elektrische Beziehung zwischen Spannung, Strom und Widerstand ist bekanntlich wie folgt:
V = IR (2)
oder anders ausgedrückt
V/I = R (3)
Es läßt sich die exakte Beziehung oder Verhältnis zwischen dem Spannungsabfall über einem Leiter und dem Stromfluß durch den Leiter für die gewünschte Temperatur T, . fest-
legen. Wenn man also beabsichtigt, die Temperatur des elektrischen Leiters auf T, . zu bringen, muß das Verhältnis der Spannung zu dem Strom in dem elektrischen Leiter gleich sein
=Rh
ot
Es bleibt dann für den Regler noch die Aufgabe den Spannungsabfall einzustellen und damit auch den Stromfluß hinischtlich des elektrischen Leiters einzustellen, bis das vorausgesagte Verhältnis erreicht ist.
Ein System zur Realisierung eines Reglers, der auf den elektrischen Beziehungen aufbaut, wie sie durch die Gleichungen (1) bis (4) angegeben sind, ist schematisch in Fig. 1 veranschaulicht. Ein Widerstands-Heizelement 2 ist so geschaltet, daß es Strom von einer Stromquelle 4 empfängt, wobei dieser Stromfluß durch das Widerstands-Heizelement 2 Wärme erzeugt. Einei Strommeßschaltung 6 mißt die Größe des Stromflusses unter Verwendung eines Strommeßwiderstandes 8, der in Reihe zwischen dem Widerstands-Heizelement 2 und der Stromquelle 4 geschaltet ist. Das Ausgangssignal der Strommeßschaltung 6 stellt die Größe des gemessenen Stromes dar. Auf ähnliche Weise mißt eine Spannungsmeßschaltung 10 den Spannungsabfall direkt über dem Widerstands-Heizelement 2 und gibt ein Signal ab, welches die Größe der gemessenen Spannung wiedergibt. Eine Widerstands-Rechenschaltung 12 erzeugt ein Ausgangssignal, welches den vorausgesagten Wert des Widerstandes R, des Heizelements bei der Temperatur T , bei welcher das Heizelement geregelt wird wiedergibt. Die Größe T, , und der Widerstand.swert Ramb des Heizelements bei Urrigebungs-
temperatur oder bei Raumtemperatur werden in die Widerstands-Rechnerschaltung 12 eingegeben, um unter Anwendung der Gleichung (1) die Berechnung K zu ermöglichen. Wenn es gewünscht wird kann der Wert von R^t» während einer anfänglichen Eichfolge dadurch ermittelt werden, in dem man eine Bezugsspannung über das Widerstands-Heizelement anlegt, um dadurch einen Meßstrom in dem Heizelement fließen zu lassen und in dem m^n dann den Wert der Bezugsspannung mit dem gemessenen Wert des Meßstromes entweder auf der Grundlage der Gleichung (2) oder der Gleichung (3) vergleicht, um dadurch den Wert Rarnb zu erhalten. Das strom-repräsentative Signal aus der Strommeßschaltung 6, das spannungs-repr^sentative Signal aus der Spannungsmeßschaltung 10 und das vorausgesagte widerstands-repräsentative Signal aus der Widerstands-Rechenschaltung 12 werden in der Verhältnisvergleichsschaltung 14 verarbeitet, um ein Steuersignal CTL zu erzeugen> dessen Wert durch die Differenz zwischen dem Wert des spannungs-repräsentativen Signals und dem Produkt aus dem strom-repräsentativen Signal und dem berechnenten Widerstandssignal bestimmt ist. Das Steuersignal CTL kann dazu verwendet werden den Stromfluß aus der Stromquelle 4 durch das Widerstands-Heizelement 2 tormäßig zu steuern, um dadurch den Stromfluß zu regeln, bis die gemessenen Werte von Strom und Spannung entweder die Gleichung (2) oder die Gleichung (3) für den berechneten Widerstandswert R, befriedigen. Es kann irgendeine geeignete Einrichtung zur Ermittlung der Strom- und Spannungsmessungen, der vorausgesagten Widerstands-Berechnungen und zur Realisierung des Verhältnis-Vergleiches verwendet werden und zwar unter Verwendung von Software-Techniken, Hardware-Techniken oder gemischte. Software- und Hardware-Techniken.
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Fig. 2 zeigt schematisch eine analoge Version einer Ausführungsform mit Merkmalen nach der Erfindung. Ein Widerstands-Heizelement 16 ist über ein Durchlaß- oder Torsteuerelement 18 geschaltet, um einen Betriebsstrom von einer Stromquelle 20 zu empfangen. Der Spannungsabfall über dem Widerstands-Heizelement wird mit Hilfe einer geeignet angeschlossenen Spannungsverstärkerschaltung 22 gemessen. Die Spannungsverstärkerschaltung gibt ein Spannungs-repräsentatives Signal V"H ab, dessen Absolutwert proportional zur Größe des Spannungsabfalls ist. Das Signal V„TR kann entweder positive oder negative Polarität haben, bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Polarität jedoch negativ. Ein Stromverstärker 24 mit einem Strommeßwiderstand 25 ist zwischen das Torsteuerelement und das Widerstands-Heizelement 16 geschaltet, um die Größe des Stromes zu messen, der durch das Widerstands-Heizelement fließt. Die Ausgangsgröße des Stromverstärkers 24 gelangt zu einem Strom/Spannungswandler 26, um ein stromrepräsentatives Signal !„„„ zu erzeugen, dessen Absolut-
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wert proportional zur Größe des Stromes ist, der durch das Widerstands-Heizelement 16 fließt. Das strom-repräsentative Signal IHTR gelangt dann anschließend durch zwei Verstärkerschaltungen 28 und 30 mit variabler Verstärkung, von denen die erste Verstärkerschaltung 28 mit variabler Verstärkung derart arbeitet, daß sich das strom-repräsentative Signal mit einem Verstärkerfaktor multipliziert, der gleich ist dem Widerstandswert R , des Widerstands-Heizelements bei Umgebungs- oder Raumtemperatur. Der Widerstandswert R . wird während des Eichprozesses berechnet, was im folgenden noch näher erläutert werden soll. Die zweite Verstärkerschaltung 30 mit variabler Verstärkung arbeitet derart, daß sie die Ausgangsgröße der ersten Verstärkerschaltung 28 mit variabler Verstärkung mit
einem Verstärkungsfaktor multipliziert, der gleich ist dem Temperaturparameter (1 +«ΔΤ) . In Einklang mit der Gleichung (1), die oben angegeben wurde, ist die Nettoausgangsgröße der zwei Verstärkerschaltungen mit variabler Verstärkung ein Produktsignal mit einem Wert, der gleich ist der Größe des Stromflusses durch das Widerstands-Heizelement multipliziert mit dem vorausgesagten Widerstandswert Rhot des Heizelements bei der gewünschten Temperatur. Die Verstärkungsfaktoren der Veistärkerschaltungen mit variabler Verstärkung werden so eingestellt, daß die Polarität des Produkt-Signals entgegengesetzt zu derjenigen von VHTR ist. Dort, wo das Signal VHTR negativ ist, wird natürlich das Produkt-Signal positiv.
Die Netto-Ausgangsgröße oder das Produkt-Signal der Verstärkerschaltungen 28 und 30 mit variabler Verstärkung gelangt zu einem Summier-Verbindungspunkt 31, der an einem Eingangsanschluß eines Steuerverstärkers 32 liegt. Die andere Eingangsgröße zum Summier-Verbindungspunkt 31 wird durch das spannungs-repräsentative Signal V„ aus der
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Stromverstärkerschaltung 22 gestellt. Es läßt sich somit erkennen, daß der Steuerverstärker 32 zusammen mit dem Summier-Verbindungspunkt 31 als eine verhältnis-bildende Einrichtung wirkt, da dabei eine Ausgangsgröße in Form eines Steuersignals CTL abgegeben wird, die als Funktion der Differenz zwischen dem spannungs-repräsentativen Signal V„TR und dem Produkt aus dem strom-repr sentativen Signal IHmR und dem berechneten Widerstandswert R, . bei der gewünschten Temperatur variiert. Das Steuersignal CTL erregt dann anschließend das Torsteuerelement 18, um den Stromfluß von der Stromquelle 20 zum Heizelement 16 zu regulieren. Eine pegelschiebende Schaltung 33, die zwischen dem Steuerverstärker 32 und dem Torsteuerelement 18 einge-
fügt ist, stellt den Betriebsspannungsbereich des Reglers ein. Eine logische Schaltung 34 überwacht oder steuert den Gesamtbetrieb des Reglers und zeigt insbesondere die Eichfolge an, die dazu verwendet wird bei dem Verstärkungsfaktor Ramb der Schaltung 28 mit variabler Verstärkung anzugelangen. Eine Grenz-Meßschaltung 35 ist so geschaltet, daß sie sowohl das strom-repräsentative Signal 1™η als
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auch das spanrungs-repräsentative Signal V empfängt und
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fortwährend die Spannuncf des Heizelements gegen den Strom des Heizelements/Multipliziert mit sowohl dem vorbestimmten Minimalwert als auch Maxiamiwert, mißt, um die logische Schaltung 34 mit einer Anzeigegröße zu versorgen, daß der Widerstandswert des Heizelements 16 innerhalb eines zulässigen Bereiches liegt.
Eine detaillierte Schaltungsanordnung einer Ausführungsform eines analogen Reglers, der im Sinne der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist, zeigen die Fig. 3 bis 8. Die Ausführungsform gemäß den Fig. 3 bis 8 ist speziell für die Verwendung bei einem Heizgerät geeignet, welches zwei, in Reihe geschaltete Widerstands-Heizelemente aufweist. Wenn es gewünscht wird, kann jedes der Widerstands-Heizelemente von demjenigen Typ sein, der in Verbindung mit einem Skalpell für operative Eingriffe verwendet wird und in der US-Patentanmeldung No. 201,603 (eingereicht 28. Oktober 1980) beschrieben ist und auf die Anmelderin der vorliegenden Erfindung zurückgeht. Gemäß Fig. 3 umfaßt die Ausführung mit zwei Heizelementen die Widerstands-Heizelemente 36 und 38. Die Regler-Schaltungen zum Regeln des Stromflusses durch jedes der Widerstands-Heizelemente sind vom Aufbau her und von der Funktion her identisch. Somit sind die Bezeichnungen "a" und "b" dazu verwendet, zwischen gleichen Elementen der gesamten Schaltung, die
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jedem der Widerstands-Heizelemente zugeordnet sind, zu unterscheiden. Der Einfachheit halber sollen diejenigen Elemente, die dem Widerstands-Heizelement 36 zugeordnet sind, im Detail erläutert werden, während die Elemente, die dem Widerstands-Heizelement 38 zugeordnet sind, nur in allgemeiner Form erläutert werden sollen, wobei jedoch erneut darauf hingewiesen sei, daß die Art und Weise, in welcher der Stromfluß durch das Widerstands-Heizelement 38 geregelt wird, genau der Art und Weise entspricht, mit welcher der Stromfluß durch das Widerstands-Heizelement 36 geregelt wird. Es wird also Strom aus der Stromquelle (in Fig. 3 nicht gezeigt) zu den Widerstands-Heizelementen 36 und 38 über die Hauptleitungen 40a und 40b geliefert. Die Rückführleitung 41 bildet einen Strompfad, der zur Stromquelle zurückführt. Beschränkt man sich nun auf die Reglerschaltung, die dem Widerstands-Heizelement 36 zugeordnet ist, so läßt sich erkennen, daß der Strommeßwiderstand 25a des Stromverstärkers 24a. einen Teil der Eingangsschaltung zum linearen Differenzverstärker 44a darstellt.
Speziell ist der Strommeßwiderstand 25a zwischen die Verbindung 39a an der Leitung 40a und dem negativen Verstärkereingangsanschluß geschaltet, während ein Abgleichwiderstand 41a zwischen den Verbindungspunkt 39a und den positiven Eingangsanschluß 44a geschaltet ist. Der durch die Leitung 40a zum Widerstands-Heizelement 36 fließende Strom bewirkt, daß der Verstärker 44a ein Signal abgibt und zwar in dem Versuch die zwei Verstärkereingänge abzugleichen, wobei dieses Signal den Leitwert der FET-Vorrichtung 46a abhängig von den Änderungen der Größe des Stromes verändert, der durch die Leitung 40a fließt. Die resultierende Ausgangsgröße am Verbindungspunkt 47a besteht aus einem geeignet verstärkten Signal, welches den Stromfluß durch das Widerstands-Heizelement 36 wiedergibt. Der Verstär-
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kungsfaktor des Verstärkers 44a ist natürlich ein Bruchbzw. Verhältnisfaktor/ der dadurch ermittelt wird, in dem man das Verhältnis der Widerstandswerte von dem Strommeßwiderstand 25a und dem Abgleichwiderstand 41a bildet. Die Basis-Emitterstrecke eines n-p-n Transistors 42a kann ebenfalls über den Strommeßwiderstand 25a geschaltet werden, um eine Strombegrenzungsfunktion vorzusehen. Wenn der Spannungsabfall über dem Strommeßwiderstand 25a einen vorbestimmten Grenzwerb überschreitet, wodurch angezeigt wird, daß zuviel Strom zum Widerstands-Heizelement 36 fließt, fängt der n-p-n Transistor 42a zu leiten an, so daß Strom aus der Stromquelle 20 über die Leitung 43a gezogen wird und der Stromfluß durch das Widerstands-Heizelement 36 reduziert wird, wie dies noch im folgenden erläutert werden soll.
Das verstärkte Signal am Verbindungspunkt 47a gelangt zu dem Verstärker 48a eines Strom/Spannungswandlers 26a Die Ausgangsgröße des Verstärkers 48a besteht aus dem zuvor erwähnten strom-repräsentativen Signal I1TmD-I mi-t einer
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Spannung proportional zur Größe des Stromes, der durch den Strommeßwiderstand 25a fließt und damit durch das Widerstands-Heizelement 36 fließt. Das stroin-repr- ;entativo Signal IHTR1 gelangt aus dem Strom/Spannungswandler
46a auf die Leitungen 49a und 51a. Die genaue Größe der Verstärkung, die während des Betriebes des Verstärkers 48a vorhanden ist, kann dadurch eingestellt werden, in dem man Abschnitte des Widerstandsnetzwerks 50a in den Verstärker-Rückkopplungskreis einschaltet oder ausschaltet. Dieses Schalten kann durch Erregen von digitalen Schaltern 52a und 54a erreicht werden und zwar abhängig von einem Eichsignal CAL., welches auf der Leitung 55a ansteht. Es ist wünschenswert die Verstärker-Verstärkung zu schalten, um
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dadurch reduzierte Stromwerte während der Eichfolge zu kompensieren. Dies ist deshalb der Fall, da Meßströme geringer Größe durch das Widerstands-Heizelement 36 während des Eichvorganges geschickt werden und ein erhöhter Ver-Stärkungsfaktor des Verstärkers 48a die Genauigkeit der Messung sicherstellt und auch eine Genauigkeit bei den nachfolgenden Berechnungen des Raumtemperatur-Widerstandes sicherstellt, die mit der Ausgangsgröße des Strom/ Spannungswandlers 26a durchgeführt werden. Andererseits ermöglichen die relativ größeren Werte der Betriebsströme, die durch das Widerstands-Heizelement 36 fließen, die Verwendung eines geringeren Verstärkungsfaktors und zwar zur Erzeugung des strom-repräsentativen Ausgangssignals des Strom/Spannungswandlers 26a während der Heizfolge.
Die Spannungsverstärkerschaltung 22a besteht aus einem linearen Differenzverstärker 56a, der an das Widerstands-Heizelement 36 angeschaltet ist, um dadurch das spannungsrepräsentative Signal VHTR1 vorzusehen. Die Leitung 57a führt das spannungs-repräsentative Signal von der Spannungsverstärkerschaltung 22a.
Die Grenz-Meßschaltung umfaßt einen Satz von Vergleichsstufen 58a, 58b und 60a, 60b. Die negativen Eingangsgrö- ßen zu den Vergleichsstufen 58a, 58b sind jeweils an die strom-repräsentativen Ausgangssignale der Strom/Spannungswandler 26a und 26b gekettet, während die positiven Eingangsgrößen zu den Vergleichsstufen 58a und 58b jeweils mit den spannungs-repräsentativen Ausgangssignalen der Spannungsverstärkerschaltungen 22a und 22b verkettet sind. Umgekehrt sind die negativen Eingangsgrößen der Vergleichsstufen 60a, 60b jew'eils mit den spannungs-repräsentativen Ausgangssignalen der Spannungsverstärkerschaltungen 22a
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und 22b verkettet, während die positiven Eingangsgrößen der Vergleichsstufen 60a, 60b jeweils mit den strom-rerpäsentativen AusgangsSignalen der Strom/Spannungswandler 26a und 26b verkettet (tied) sind. Auf diese Weise mißt die Grenzwert-Meßschaltung das Verhältnis von Spannung zu Strom, welches jedem Widerstands-Heizelement 36 und 38 zugeordnet ist, um eine Grenzwertprüfung der Widerstandswerte der Heizelemente vorzusehen. Geeignet ausgewählte Widerstände 61a, 61b, die mit den positiven Eingangsan-Schlüssen der Vergleichsstufen 58a, 58b verbunden sind, dienen dazu, den unteren Widerstandsgrenzwert der Heizelemente einzustellen, während geeignet ausgewählte Widerstände 6 2a, 6 2b, die mit den positiven Eingangsanschlüssen der Vergleichsstufen 60a und 60b verbunden sind, dazu dienen, den oberen Widerstandsgrenzwert einzustellen. Wenn der Widerstand beider Widerstands-Heizelemente 36 und 38 innerhalb des oberen und des unteren Grenzwertes liegt, so erzeugen die Vergleichsstufen 58a, 58b, 60a und 6 0b alle ein Ausgangssignal RLIM mit einem hohen Wert. Wenn jedoch der Widerstandswert eines der Heizelemente 36 oder 38 entweder den oberen Grenzwert oder den unteren Grenzwert über- bzw. unterschreitet, was dann der Fall sein kann, wenn eines der Widerstands-Heizelemente fehlerhaft arbeitet, so schalten die Ausgänge der Vergleichsstufen auf einen niedrigen Wert, um dadurch eine Fehlfunktion anzuzeigen.
Die Verstärkerschaltungen 28a, 28b, 30a und 30b mit variabler Verstärkung und die Steuerverstärker 32a, 32b, die jeweils den Widerstands-Heizelementen 36 und 38 zugeordnet sind, sind in Fig. 4 veranschaulicht. Beschränkt man sich der Einfachheit halber auf den Abschnitt der Schaltungsanordnung, der dem Widerstands-Heizelement 36 zugeordnet ist, so läßt sich erkennen, daß das strom-repräsentative
Signal IHTR·] über die Leitung 49a an der Verstärkerschaltung 28a mit variabler Verstärkung empfangen wird. Die Verstärkerschaltung 28a mit variabler Verstärkung enthält einen Digital/Analogwandler 64a, der das strom-repräsentative Signal IHTR1 mit einem Verstärkungsfaktor multipliziert, der äquivalent dem Widerstandswert R , des Heizelements 36 bei Raumtemperatur ist. Der Widerstandswert Ramb gelangt in Form eines digitalen Signals, welches von dem Zähler 66a erzeugt wird, zum Digital/Analogwandler 64a. Dieses digitale Signale wird in dem Zähler während des Eichprozesses festgehalten, was im folgenden noch näher erläutert werden soll. Die Ausgangsgröße des Digital/ Analogwandlers 64a wird über einen Verstärker 68a geführt, der eine Strom/Spannungsumwandlung der Ausgangsgröße vornimmt.
Die zweite Verstärkerschaltung 30a mit variabler Verstärkung empfängt von dem Verstärker 68a in der ersten Verstärkerschaltung 28a mit variabler Verstärkung das Ausgangssignal von der Leitung 70a. Dieses Ausgangssignal, welches gemäß den früheren Ausführungen das Produkt aus dem stromrepräsentativen Signal ΙΗΤ·ηι und dem Widerstandswert R . des Heizelements bei Raumtemperatur widergibt, gelangt sowohl zu dem linearen Differenzverstärker 72a als auch zu einem zweiten Digital/Analogwandler 74a. Der Digital/ Analogwandler 74a arbeitet als veränderlicher Widerstand im Eingangskreis des Verstärkers 72a, und stellt die Verstärkung des Verstärkers 72a ein, bis die Verstärkung den Wert des temperaturabhängigen Parameters (1 +<ΧΔΤ) entspricht. Es sei daran erinnert, daß AT aus der Differenz zwischen der gewünschten Temperatur T, , des Widerstands-Heizelements 36 und der Raumtemperatur oder Umgebungstemperatur Τ-, besteht:
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Τ = Thot - Tamb (5)
Dort, wo beispielsweise das Widerstands-Heizelement 36 dazu verwendet wird, ein Skalpell für operative Eingriffe des Typs, wie er in der zuvor genannten Patentanmeldung No. 201,603 beschrieben ist, aufzuheizen, kann ein Wert von 22° C (ungefähr die Temperatur in einem Operationssaal eines Krankenhauses) für T , ausgewählt werden und kann in den Digital/Analogwandler 74a vorprogrammiert werden. Der temperaturabhängige Parameter wird dann durch den Digital/Analogwandler 74a in Abhängigkeit von einer binären Wiedergabe der gewünschten Temperatur T, , die auf den Leitungen 78 erscheint, eingestellt.
Die Ausgangsgröße des Verstärkers 72a in der zweiten Verstärkerschaltung 30a mit variabler Verstärkung stellt den Wert der Ausgangsgröße der ersten Verstärkerschaltung 28a mit variabler Verstärkung dar und zwar multipliziert mit einem Verstärkungsfaktor, der gleich ist dem Temperaturparameter (1 + «ΔΤ). Diese Ausgangsgröße läßt sich wie folgt ausdrücken:
1HTRI X Ramb x (1 +*ΔΤ) (6)
Durch Substitution der Gleichung (1) in den Ausdruck (6), der zuvor angegeben ist, erhält man den folgenden Ausdruck:
1HTRI + Rhot (7)
Es läßt sich somit erkennen, daß die Ausgangsgröße des Verstärkers 72a aus einem Produkt-Signal besteht, welches den Wert des Stromes I„mr>1 widergibt, der durch das Widerstands-Heizelement 36 fließt, multipliziert mit dem vorausgesagten
Widerstandswert Rj-ot bei der gewünschten Betriebstemperatur T, .des Heizelements,
hot
Es sei darauf hingewiesen, daß das Widerstands-Rückkopplungsnetzwerk 76a für den Verstärker 72a einen optischen Koppler 82a enthält, der eine LED 84a umfaßt, die optisch mit dem Fotowiderstand 86a gekoppelt ist. Der optische Koppler 82a dient als Shurt-Widerstand 86a in dem Widerstands-Rückkopplungsnetzwerk 80a zu Beginn der Aufwärmfolge des Heizelements, wodurch die Verstärkung des Verstärkers 7 2a wesentlich reduziert wird und der auftretende Wert des Produkt-Signals (IHTRi + Rhnt^ abgesenkt wird.
Die Größe des Steuersignals, welches anschließend durch Erfassen der Differenz zwischen V _- und dem Produkt-Signal erzeugt wird, wird seinerseits abgesenkt, um zu verhindern, daß übermäßig hohe Ströme von dem Widerstands-Heizelement 36 gezogen werden, wenn das Heizelement kalt ist. Ohne einen solchen schrittweisen Stromfluß durch das kalte Widerstands-Heizelement würde sich eine plötzliche thermische Ausdehnung beim Aufwärmen ergeben, und es könnte dabei das Widerstands-Heizelement zerstört werden. Die Leitungen 88 bilden eine Reihenschaltung zwischen der LED 84a in dem optischen Koppler 82a, der LED 84b in dem optisehen Koppler 82b, der dem Widerstands-Heizelement 38 zugeordnet ist, und eine Stromquelle (in Fig. 6 mehr in Einzelheiten gezeigt) zu dem Zweck, um Betriebsstrom zu den optischen Kopplern 82a, 82b zu leiten.
im folgenden soll nun die genaue Art und Weise beschrieben werden, in der die Steuersignale CTL- und CTL- für die zwei Widerstands-Heizelemente 36, 38 erzeugt werden. Das Produkt-Signal aus dem Verstärker 72a wird über einen di-
ύ ... υ .j ι
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gitalen Schalter 90a zum Summier-Verbindungspunkt 31a in der Steuerverstärkerschaltung 32a geleitet. Der digitale Schalter 90a arbeitet in Abhängigkeit von einem Heizsteuersignal HEAT auf der Leitung 91 von der logischen Schaltung 34, um die Ausgangsgröße des Verstärkers 72a in der zweiten Verstärkerschaltung mit variabler Verstärkung zum Summier-Verbindungspunkt 31a zu übertragen. Die das spannungs-repräsentative Signal V1 von der SpannungsverStärkerschaltung 22a in Fig. 3 führende Leitung 57a überträgt die andere Eingangsgröße zum Summier-Verbindungspunkt 31a. Das Signal V„mr,. besitzt einen negati-
nlKI ven Wert, während die Ausgangsgröße des Verstärkers 72a einen positiven Wert hat. Die Spannung am Summier-Verbindungspunkt 31a stellt somit die Differenz zwischen dem Ist-Spannungsabfall V„mri1 über dem Widerstand-Heizelement 36 und dem Produktisgnal (I _R1 χ R, , ) bei der gewünschten Betriebstemperatur des Heizelements dar. Der Summier-Verbindungspunkt 31a ist mit einem Eingang des Steuerverstärkers 92a verbunden, während der andere Eingang dieses Verstärkers geerdet ist. Der Steuer- oder Regelverstärker 92a besteht aus einem linearen Differenzverstärker mit einem Kondensator 93a, der in die Rückkopplungsschleife eingeschaltet ist. Der Steuerverstärker 92a wird somit als Integrierstufe und gibt ein Leistungs-Steuersignal CTL, ab, dessen Größe als Funktion der Differenz zwischen dem Ist-Spannungsabfall über dem Widerstands-Heizelement 36 und dem Produkt aus dem Stromfluß durch das Widerstands-Heizelement und dem Widerstandswert des Heizelements bei der gewünschten Betriebstemperatur ändert. Das Leistungs-Steuersignal CTL1 dient dazu den Stromfluß aus der Stromquelle 20 zum Widerstands-Heizelement 36 tormäßig zu steuern, wie dies im folgenden unter Hinweis auf Fig. 5A erläutert werden soll. Wenn eine Forderung nach einer Erwär-
mung durch Erzeugen des zuvor erwähnten Signals HEAT in der Reglerlogik signalisiert wird, so ist in dem Widerstands-Heizelement 36 nur ein Fühler- oder Meßstrom vorhanden. Das Signal V1117101 ist relativ zum Wert des Produkt-
xilK I
Signals dHTRi x Rhot^ des VerstärJcers 72a ziemlich klein. Die Differenz zwischen dem Signal V„TR1 und dem Produkt-Signal ist somit relativ groß, was zu einem reltiv großen Anfangsstromfluß durch das Widerstand-Heizelement führt (der natürlich im wesentlichen durch das optische Kopplersystem 80a eingestellt ist, um eine thermische Zerstörung zu verhindern). Mit zunehmenden Stromfluß durch das Widerstands-Heizelement 36 nimmt auch der Spannungsabfall über diesem Heizelement zu und das Signal CTL.. fängt an abzunehmen, bis das spannung s-r epr äsen tat i ve Signal VHTr... genau gleich ist dem Produkt-Signal, wodurch angezeigt wird, daß die gewünschte Temperatur des Widerstands-Heizelements erreicht wurde. An dieser Stelle fällt die Eingangsgröße am Verstärker 92a auf Null ab, der Kondensator 93a hält jedoch das Steuersignal CTL1 auf einem festen Wert, um dadurch einen Dauerzustand-Stromfluß in dem Widerstands-Heizelement 36 zu erzeugen. Der Dauerzustand-Stromfluß dient dazu das Widerstands-Heizelement 36 auf der gewünschten Temperatur zu halten, um dadurch Wärmeabstrahlverluste zwischen dem Widerstands-Heizelement und der umgebenden Atmosphäre zu kompensieren. Wenn jedoch das Widerstands-Heizelement 36 anfängt schneller abzukühlen, was dann der Fall sein kann, wenn das Widerstands-Heizelement in Berührung mit einer relativ kalten Substanz gebracht wird, so fallen sowohl die Temperatur als auch der Ist-Widerstandswert des Heizelements merklich ab, um den Spannungsabfall über dem Heizelement zu verringern. Die Differenz zwischen dem spannungs-repräsentativen Signal V1 und dem Produkt-Signal, welches den vorausgesagten Widerstands-
■": 322.:C
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wert Ruot t multipliziert mit dem Ist-Stromfluß IHTRi durch das Widerstands-Heizelement wiedergibt, erscheint erneut am Verbindungspunkt 31a. Die Ausgangsgröße des Steuerverstärkers 92a steigt auf einen größeren positiven Wert an und gibt somit die Differenz am Summier-Verbindungspunkt 31a wieder, worauf der Wert des Signals CTL, ansteigt, um den Stromfluß durch das Widerstands-Heizelement 36 zu erhöhen, bis die gewünschte Temperatur erneut erreicht ist. Auf ähnliche Weise wird dort, wc die gewünschte Temperatür auf einen neuen höheren Wert eingestellt wird, der Temperaturparameter (1 +£*δτ), der in den Digital/Analogwandler 74a in der Verstärkerschaltung 30a mit variabler Verstärkung eingegeben wurde, erhöht, so daß ein neues Produkt-Signal erzeugt wird, welches sich von dem spannungs-repräsentativen Signal V HTR1 am Summier-Verbindungspunkt 31a unterscheidet. Die Ausgangsgröße des Steuerverstärkers 92a steigt infolgedessen an, um den Wert des Signals CTL1 einzustellen, bis die neue gewünschte Temperatur des Widerstands-Heizelements 36 erreicht ist. Die Erzeugung des Steuersignals CTL„ in der Steuerverstärkerschaltung 32b zum Zwecke der Einstellung des Stromes durch das Widerstands-Heizelement 38 verläuft natürlich genau parallel mit d<>r Erzeugung des Steuersignals CTL für das Widerstands-Heizelement 36.
Die Eichfolge für den Regler nach der vorliegenden Erfindung soll nun im folgenden unter Hinweis auf Fig. 4 näher erläutert werden. Eine EichspannungsVersorgung 94 ist mit einer Stromversorgungsquelle mit +5V verbunden, um ein Bezugspotential von 1,25V am Punkt 95 und ein Bezugspotential am Punkt 96 von 0,25V zu erzeugen. Es geht hervor, daß die zwei Bezugspotentiale sich um den Faktor 5 unterscheiden, um den Faktor bzw. Tatsache zu kompensieren, daß
der gemessene Stromwert des durch die Widerstands-Heizelemente fließenden Stromes mit einem Verstärkungsfaktor von 5 in den Strom/Spannungswandlern 26a, 26b der Fig. während der Eichung multipliziert werden. Das Bezugspotential am Punkt 96 von 0,25V ist jeweils mit den digitalen Schaltern 98a, 98b verbunden, die den Steuerverstärkerschaltungen 32a, 32b zugeordnet sind. Der Einfachheit halber sollen diejenigen Schaltungskomponenten betrachtet und erläutert werden, die dem Widerstands-Heizelement 36 zugeordnet sind. Es läßt sich erkennen, daß der digitale Schalter 98a abhängig von einem Eich-Steuersignal VCAL- schließt, welches über die Leitung 100a von der logischen Schaltung 35 (in Fig. 4 nicht gezeigt) zu Beginn der Eichfolge übertragen wird. Auf ähnliche Weise wird der digitale Schalter 98b in Abhängigkeit von dem Eich-Steuersignal VCAL2 geschlossen, welches auf der Leitung 100b von der logischen Schaltung 34 übertragen wird. Wenn der logische Schalter 98a geschlossen ist, gelangt das Bezugspotential 0,25V am Punkt 96 zum Summier-Verbindungspunkt 31a am Eingang des Steuerverstärkers 92a. Es soll im folgenden noch in Verbindung mit Fig. 6 erläutert werden, daß das Signal HEAT auf der Leitung 91 während der Eichfolge nicht vorhanden ist. Der digitale Schalter 90a ist somit offen, um zu verhindern, daß das Produkt-Signal am Ausgang der Verstärkerschaltung 30a mit variabler Verstärkung den Summier-Verbindungspunkt 31a erreichen kann und das Bezugspotential von 0,25V bildet dann das einzige Spannungspotential, gegen welches das spannungs-repräsentative Signal VHTR1 für die Eichzwecke verglichen wird.
Das Ausgangssignal CTL1 aus dem Steuerverstärker 32a ändert sich dann entsprechend einem Torsteuer-Strom durch das Widerstands-Heizelement 36, bis der Spannungsabfall über diesem Heizelement gleich wird 0,25V.
3 2 3 2 6 J 1
Der Stromfluß durch das Widerstands-Heizelement 36 bei dem Potential von 0,25V ist relativ klein und dient effektiv als Fühler- oder Meßstrom für die Eichzwecke. Der Temperaturanstieg in dem Widerstands-Heizelement und die sich daraus ergebende Wärmeabgabe, die durch den Meßstrom erzeugt werden, sind minimal und können mit Sicherheit vom praktischen Standpunkt aus gesehen vernachlässigt werden. Der Widerstandswert des Heizelements, der während der Verwendung des Bezugspotentials von 0,25V indirekt gemessen wird und der gemessene Wert des Meßstromes entsprechen im wesentlichen dem Widerstandswert R , des Heizelements. Während der Spannungsvergleich am Summier-Verbindungspunkt 31a und die sich anschließende Änderung der Größe des Steuersignals CTL- wird das Potential von 1,25V am Punkt 95 über die Leitung 102 zu dem einen Eingangsanschluß der Vergleichsstufe 104a in der Verstärkerschaltung 38a mit variabler Verstärkung zugeführt. Dem anderen Eingangsanschluß der Vergleichsstufe 104a wird über die Leitung 106a ein Signal vom Ausgang des Verstärkers 68a zugeführt. Es sei daran erinnert, daß die Ausgangsgröße des Verstärkers 68a aus einem Spannungssignal besteht, dessen Größe gleich ist dem Wert des Stromflusses IHTR-| durch das Widerstands-Heizelement 36, mulitpliziert mit einem Verstärkungsfaktor, der in den Digital/Analogwandler 64a vom Zähler 66a einprogrammiert ist. Ein Eichsignal CALST, welches ebenfalls in der logischen Schaltung 34 zu Beginn der Eichfolge erzeugt wird, gelangt auf die Leitung 108, um die Zähloperation einzuleiten. Danach wird der Zähler 66a durch ein 400 KHz Signal auf der Leitung 110 taktmäßig gesteuert, um dadurch eine progressiv zunehmende binäre Zählung dem Digital/Analogwandler 64a zuzuführen, woraufhin das Signal IHmR1 auf der Leitung 4 9a vom Strom/Spannungswandler 26a, welches Signal die Größe des Meßstromes
wiedergibt, in dem Digital/Analogwandler 64a mit einem progressiv zunehmenden Umrechnungs-Multiplikationsfaktor multipliziert wird. Dieser Umrechnungs-Multiplikationsfaktor nimmt solange zu, bis die Ausgangsgröße des Verstärkers 68a auf der Leitung 106a gleich wird dem Potential von 1,25V von der Eich-Spannungs- bzw. Stromversorgungsquelle 92 auf der Leitung 102, woraufhin die Ausgangsgröße CAL1 der Vergleichsstufe 104a die Polarität umschaltet, um den Ausgang Q des Flip-Flops 112 auf niedrigen Spannugnswert zu schalten. Die niedrige Ausgangsspannung entsprechend Q hält den Zählvorgang des Zählers 66a an, wobei in dem Prozeß die letzte taktmäßig gesteuerte Binärausgangsgröße des Zählers in Lage oder in der Stelle gehalten wird. Die letzte taktgesteuerte binäre Ausgangsgröße des Zählers stellt natürlich den Widerstandswert R , des
amb
Heizelementes bei Raumtemperatur dar. An dieser Stelle ist der Eichvorgang vervollständigt und der Wert von R . ist für alle zukünftigen Regleroperationen gespeichert. Es sei ferner daran erinnert, daß die Ausgangsgröße CAL entsprechend dem Ausgang Q des Flip-Flpps 112 auf die Leitung 55a gelangt, um die Verstärkung des Verstärkers 48a in dem Strom/Spannungswandler 26a auf seinen Betriebswert zu schalten.
Fig. 5A zeigt eine Stromquelle 20 für einen Regler, der im Sinne der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist. Die Stromquelle enthält einen Transformatorabschnitt 114, der mit einer Leitungs- bzw. Netz-Stromversorgungsquelle verbunden ist, die bei 116 schematisch angegeben ist. Ein Ein-Aus-Schalter 118 kann dazu verwendet werden den Stromfluß zwischen dem Netzanschluß 116 und dem Transformatorabschnitt 114 zu steuern. Der Transformatorabschnitt 114 enthält einen Transformator mit Primärwicklungen TD1, T00 und eine
Pl ο jL
Reihe von Sekundärwicklungen T-.., T52 und T33. Die Sekundärwicklung Ts1 ist mit einem Vollweggleichrichter 120
verbunden, der den Betriebsstrom für das Widerstands-Heizelement 36 und 38 liefert. Zu diesem Zweck ist der
positive Ausgang des Volleggleichrichters 120 mit den
Torsteuerschaltungen 80a und 80b über die Leitung 122
verbunden. Jede TorSteuerschaltung umfaßt ein Paar von
n-p-n Transistoren, deren Kollektoranschlüsse mit der Leitung 122 verbunden sind und deren Emitteranschlüsse je-
weils mit den Hauptleitungen 40a, 40b verbunden sind. Die Basisanschlüsse der n-p-n Transistoren 124a und 126a sind über die Leitung 128a mit de Kollektor des n-p-n Transistors in dem Pegelschieber 33a verbunden, während die Basisanschlüsse der n-p-n Transistoren 124b und 126b beide
mit dem Kollektor des Transistors 130b in dem Pegelschieber 33b verbunden sind. Die Basisanschlüsse der n-p-n
Transistoren 130a, 130b sind ihrerseits jeweils mit den
Ausgängen der Steuerverstärkerschaltungen 32a und 32b
verbunden. Es läßt sich somit erkennen, daß das Leistungs-Steuersignal CTL., welches durch den Steuerverstärker 32a erzeugt wird, den Transistor 130a in dem Pegelschieber 33a einschaltet, woraufhin die Transistoren 124a und 126a in
den leitenden Zustand gelangen und Betriebsstrom aus dem
Vollweggleichrichter 120 über die Hauptleitung 40a zum
Widerstands-Heizelement 36 übertragen. Auf ähnliche Weise schaltet das Leistungs-Steuersignal CTL2, welches von dem Steuerverstärker 32b erzeugt wird, den Transistor 130b in dem Pegelschieber 33b in den leitenden Zustand, wodurch
die Transistoren 124b und 126b in der Torsteuerschaltung
18b tormäßig gesteuert werden und dadurch Strom aus dem
Vollweggleichrichter 120 über die Hauptleitung 40b zum
Widerstands-Heizelement 38 übertragen wird. Die Rückführleitung 41 vervollständigt den Strompfad von den zwei Wi-
■ -■ - · - · OZoZOO I
derstands-Heizelementen zurück zum negativen Eingangsanschluß des Vollweggleichrichters 120. Natürlich können die Pegelschieber 33a und 33b weggelassen werden und es könnten die Leistungs-Steuersignale CTL1 und CTL2 direkt zu den Basisanschlüssen der Transistoren 124a, 124b, 126a und 126b übertragen werden. Der Zweck der Pegelschieber 33a und 33b besteht jedoch darin sicherzustellen, daß die Transistoren 124a, 124b und 126a, 126b über den vollen Bereich des Betriebsstromes hinweg, der den Widerstands-Heizelementen zugeführt wird, leiten. Die Pegelschieber 33a und 33b arbeiten daher als Verstärkerstufen für die Leistungs-Steuersignale CTL1 und CTL-.
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, daß die Leitung 4 3a vom Stromverstärker 34a in Fig. 3 über eine Diode 141a mit der Leitung 128a zwischen dem Transistor 130a und den Basisanschlüssen der Transistoren 124a und 126a verbunden ist. Wenn daher ein übermäßig großer Stromfluß in dem Widerstands-Heizelement 36 den n-p-n Transistor 42a in dem Stromverstärker 24a leitend macht, wird von der Leitung 128a über die Leitung 43a Strom abgezogen und der Leitzustand der Transistoren 124a und 124b wird reduziert, wodurch dann der Stromfluß durch die Hauptleitung 40a abgesenkt wird, um ein Zerstören des Widerstands-Heizelements zu vermeiden.
Wenn es gewünscht wird, kann eine Spannungsklemmschaltung 132 (voltage clamp) an die Leitungen 128a und 128b angeschaltet werden, um die Ausgangsgröße der Torsteuerschaltungen 18a und 18b während des Eichvorganges zu begrenzen. Die Spannungsklemmschaltung 132 enthält eine FET Vorrichtung 134, dessen Source-Anschluß über eine Reihenschaltung von Dioden 136 mit den Leitungen, 128 und 128b verbunden ist. Der Feldeffekttransistor bzw. die FET Vorrichtung 134
-, ■■ - - ι
arbeitet derart, daß die Klemmdioden 136, 138a und 138b zwischen die Leitungen 128a und 128b und Masse oder Erde geschaltet werden und zwar abhängig von einem Klemm-Steuersignal CLAMP, welches von der logischen Schaltung 34 (in Fig. 5A nicht gezeigt) während des Eichvorganges auf der Leitung 140 zugeführt wird. Eine zweite FET Vorrichtung 142 (Feldeffekttransistor) in der Spannungsklemmschaltung 132 wird periodisch durch ein Signal BLANK tormäßig gesteuert, um die Klemmdioden 138a und 138b intermittierend mit Masse oder Erde zu verbinden. Das Signal BLANK wird auch in der logischen Schaltung 34 erzeugt, und gelangt über die Leitung 144 zur FET Vorrichtung 142.
Die verbleibenden Sekundärwicklungen Tg„ und T„~ in dem Transformatorabschnitt 114 sind jeweils mit einer SV-Stromversorgungsquelle 144 und einer 12V-Stromversorgungsquelle 146 verbunden. Die 5V- und 12V-Stromversorgungsquellen sind in herkömmlicher Weise aufgebaut, um einen Betriebsstrom für die verschiedenen Reglerkomponenten vorzusehen.
Die 5V-Stromversorgungsquelle 144 enthält demzufolge einen Spannungsgleichrichter, der mit der Transformator-Sekundärwicklung Tg« verbunden ist, um einen Gleichstrom-Betriebsstrom einem Spannungsregler 150 zuzuführen. Der Spannungsregler 150 arbeitet natürlich derart, daß er eine 5V Ausgangsspannung am Spannungsabgriff 152 erzeugt. Der Gleichrichter 154 in der 12V-Stromversorgungsquelle 146 richtet die Ausgangsgröße von der Transformator-Sekundärwicklung Ts3 gleich, während komplementäre Spannungsregler 156 und 158 jeweils derart arbeiten, daß sie Ausgangsspannungen von +12V und -12V an den Spannungsabgriffen 160 und 162 erzeugen. Ein Spannungsabgriff 164 für 20V ist mit der Leitung 140 auf der positiven Seite des Vollweggleichrichters 120 verbunden.
Während des Eichvorganges ist die Verwendung der 12V-Stromversorgung 146 zum Vorsehen des Betriebsstromes für den Regler nach der Erfindung wünschenswert insofern, als die 12V-Stromversorgung inhärent stabiler ist als die 20V, die vom Spannungsabgriff 164 abgegriffen werden können. Fig. 5B veranschaulicht eine einfache Schaltung zur Verwendung beim Umschalten zwischen der 12V-Stromversorgung und der 20V-Stromversorgung. Die allgemein 166 bezeichnete Schaltung enthält einen p-n-p Transistor 168, der über eine 20V-Stromversorgung vom Spannungsabgriff 164 und eine 12V-Stromversorgung vom positiven Spannungsabgriff 160 geschaltet ist. Der Transistor 168 wird durch die Wirkung einer FET Vorrichtung 170, die an die Basis des Transistors angeschlossen ist, eingeschaltet. Ein Signal CLAMP, welches von der logischen Schaltung 34 über die Leitung 172 geliefert wird, steuert den FET 170 tormäßig. Das Signal CLAMP besitzt einen Wert der demjenigen des Signals CLAMP entgegengesetzt ist, welches zum Torsteuern des FET 134 in der Spannungsklemmschaltung 132 verwendet wird.
Wenn demzufolge während der Eichfolge die Stromanforderungen des Reglers minimal sind, ist das Signal CLAMP spannungsmäßig niedrig und der FET 170 bleibt nicht leitend, wobei der Transistor 168 ausgeschaltet wird. Der Spannungsabgriff 174 für positive Betriebsspannung wird dann an- schließend mit dem stabileren positiven 12V Potential von dem Spannungsabgriff 160 versorgt. Wenn die Eichfolge vervollständigt ist und der Regler die volle BetriebsStromstärke erfordert, so wird das Signal CLAMP auf der Leitung 172 spannungsmäßig hoch geschaltet, um den FET 170 tormäßig zu steuern bzw. zu takten, wobei dann dieser Transistor den Transistor 168 leitend macht. Danach wird der Spannungsabgriff 174 für die positive Betriebsspannung mit einem Potential von +20V beschickt.
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Da die 5V-Stromversorgung 144 die logische Schaltung 34 mit Energie versorgt, könnte irgendeine unannehmbare Schwankung in der Ausgangsgröße der 5V-Stromversorgung 144 in nachteiliger Weise den Betrieb des Reglers beeinflüssen. Es ist daher wünschenswert eine Einrichtung vor- ■ zusehen, um das Auftreten einer solchen unerwünschten StromversorgungsSchwankung anzuzeigen und es ist zu diesem Zweck eine einfache Schaltung 175 vorgesehen und gemäß Fig. 5C aufgebaut. Die positiven 5V Potentiale von dem Spannungsabgriff 152 und der 5V-Stromversorgung 144 sind jeweils über Widerstände 176 und 178 mit dem hohen und dem niedrigen Spannungseingang einer Vergleichsstufe 180 verbunden. Die Ausgangsgröße der Vergleichsstufe 180 ist während des normalen Betriebes des Reglers spannungsmäßig hoch, was zu einer typisch niedrig liegenden Ausgangsgröße des Wandlers 182 führt, der an die Vergleichsstufe 180 angeschlossen ist. Dieses spannungsmäßig niedrig liegende Ausgangssignal führt zum Übertragen eines Stromversorgungseinschaltsignnls PO für bestimmte Regler-Operationen, die im folgenden erläutert werden sollen. Das spannungsmäßig niedrig liegende Ausgangssignal wird auch durch den Wandler 184 in ein spannungsmäßig hoch liegendes Ausgangssignal umgewandelt, um dadurch invertierte Stromeinschaltsignale PO vorzusehen. Wenn eine unerwünschte Veränderung der Stromversorgung auftritt, die durch die Stromversorgungsquelle 20 vorgesehen wird, was beispielsweise dann auftreten kann, wenn ein potentiell zerstörerischer Spannungsstoß von der Stromversorgungsleitung 116 kommt, so ändert sich auch der Spannungswert am Spannungsabgriff 152 der 5V-Stromversorgung 144, wodurch bewirkt wird, daß die Spannungen an den Eingangsanschlüssen der Vergleichsstufe 180 verschoben werden. Am Ausgang der Vergleichsstufe schaltet das Ausgangssignal auf einen spannungsmäßig niedrigen Wert
und bewirkt, daß das Stromversorgungseinschaltsignal PO auf einen spannungsmäßig hohen Wert geschaltet wird, während das invertierte Stromversorgungseinschaltsignal PO auf einen spannungsmäßig niedrigen Wert geschaltet wird. Auf diese Weise liefert die Schaltung 175 eine Anzeige über nicht akzeptierbare Stromversorgungsbedingungen.
Der Regler nach der vorliegenden Erfindung besteht im wesentlichen aus einer Zustandsmaschine, d.h. der Regler durchwandert eine Reihe von Betriebszuständen vom Moment des Einschaltens der Stromversorgung des Reglers an, bis zu dem Punkt, bei welchem der Regler dazu veranlaßt wird dem Widerstands-Heizelement zuzuführen. Zum Zeitpunkt der Einschaltung der Stromversorgung wird eine Grenzwertüberprüfung am Widerstands-Heizelement durchgeführt und zwar mit Hilfe der zuvor erwähnten Grenzwert-Meßschaltung 35, die in Verbindung mit Fig. 3 erläutert wurde. Wenn die Widerstands-Heizelemente zerstört wurden oder nicht richtig an den Regler angeschaltet sind, so bleibt der Regler in einem Nullzustand oder "Heizelement-Auswechseln-Zustand" Wenn jedoch die Widerstands-Heizelemente richtig mit dem Regler verbunden sind und auch richtig arbeiten entsprechend der Grenzwert-Meßschaltung, so läuft der Regler durch drei weitere Zustände (den ersten, zweiten und dritten Zustand) bevor er den vierten oder "Eichzustand11 erreicht. Der erste, zweite und dritte Zustand sind dafür vorgesehen eine Zeitperiode zu schaffen, um die Steigung des strom-repräsentativen Signals I^mR-j zu überwachen, um sicherzustellen, daß das Wider stands-Heizelernent sich auf Raumtemperatur oder Umgebungstemperatiir befindet. Nachdem dann festgestellt wurde, daß das Heizelement tatsächlich Raumtemperatur hat, so gelangt der Regler in den "Eichzustand", um in der zuvor erläuterten Weise R , zu berech-
nen. Nach Vervollständigung des "Eichzustandes", ist der Regler bereit Strom den Widerstands-Heizelementen nach Bedarf zuzuführen. Dieser letzte oder fünfte Zustand ist gekennzeichnet als entweder ein "Bereit"-Zustand oder ein "Heiz"-Zustand, was davon abhängt, ob die Bedienungsperson des Reglers eine Forderung nach Wärme signalisiert hat.
Die logische Schaltung 34 zum Realisieren der Folgen, die mit jedem Zustand des Reglers verbunden sind, ist im einzelnen in Fig. 6 veranschaulicht. Die logische Schaltung wird durch eine Taktgeberschaltung 186 getrieben, die einen Oszillator 188 enthält, der an die Eingänge von NAND Gliedern 190, 192 geschaltet ist. Die Ausgangsgröße des NAND Gliedes 1982 besteht aus einem 400 KHz Signal, welches einer Teilerschaltung 194 zugeführt ist. Das 400 KHz Ausgangssignal gelangt auch auf die Leitung 110, wo es dazu dient, die Betriebsweise von Zählern 66a und 66b in den Verstärkerschaltungen 28a und 28b mit variabler Verstärkung taktmäßig zu steuern, wie dies in Verbindung mit Fig. 4 dargelegt wurde. Die Teilerschaltung 194 gibt sowohl ein 40 KlIz Signal als auch ein 8 KHz Signal ab. Das 8 KHz Signal gelangt durch einen durch acht teilenden Zähler 196. Der durch acht teilende Zähler 196 gibt dann drei Signale von 1 KHz, die relativ versetzt sind, ab. Zwei der 1 KHz Signale gelangen jeweils zu einem CAL ENABLE Glied 198 und einem RLIM ENABLE Glied 200. Das verbleibende 1 KHz Ausgangssignal des durch acht teilenden Zählers 196 gelangt zu einer Reihe von durch zehn teilenden Zählern 202, 204 und 206, die progressiv das 1 KHz Signal auf 100 Hz, 10 Hz und 1 Hz reduzieren. Eines der 100 Hz Ausgangssignale von dem durch zehn teilenden Zähler 202 gelangt zum Eingang der CAL ENABLE und RLIM ENABLE Glieder 198 und 200. Da die CAL ENABLE und RLIM ENABLE Glieder beide NAND Glieder sind,
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bestehen ihre Ausgangsgrößen aus spannungsmäßig hoch liegenden Signalen, die mit einer Folge von 100 Hz periodisch spannungsmäßig niedrig geschaltet werden. Die 100 Hz Ausgangsgröße des durch zehn teilenden Zählers 202 gelangt auch zu einem Eingang des UND Gliedes 207. Der verbleibende Eingang des UND Gliedes 207 wird mit der 10 Hz Ausgangsgröße des durch zehn teilenden Zählers 204 beschickt, so daß das UND Gl.ied 207 ein 10 Hz Impuls;;ignal erzeugt. Schließlich gelangen drei der 1 Hz Ausgangssignale des durch zehn teilenden Zählers 206 zu einer Reihe von NAND Gliedern 208, 210 und 212, die Taktimpulse von 1 Hz für den Rest der logischen Schaltung 34 vorsehen.
Verschiebungen im Zustand des Reglers werden durch einen Zustandszähler 214 gesteuert, wie beispielsweise in Form eines durch acht teilenden Zühlorr. entsprechend National Semiconductor CD4 022. Der Zustandszählor 214 wird durch die Ausgangsgröße des NOR Gliedes 216 getaktet, welches seinerseits durch die Ausgangsgrößen eines Paares von NAND Gliedern 218, 220 getaktet wird. Das NAND Glied 218 arbeitet als ein "Lauf voran" ("go-ahead") Glied, um den Betrieb des Reglers von einem Nullzustand zum ersten Zustand zu ändern, während das NAND Glied 220, wie noch näher beschrieben werden soll, so arbeitet, daß Taktimpulse von 1 Hz dem Zustandszähler 214 zugeführt wird, um den Zustandszähler zwischen ersten und fünften Zuständen zu verschieben. Der Ausgang Q„ des Zustandszählers an dem "2" Stift besteht aus dem ersten spanmmgsmäßig hohen Impuls, der von dem Zähler nach Einschalten der Stromversorgung erzeugt wird. Dieses spannungsmäßig hohe Ausgangssignal gelangt zu einem Eingang des NAND Gliedes 218. Der andere Eingang des NAND Gliedes 218 wird mit der Ausgangsspannung RLIM der Grenzmeßschaltung 35 versorgt und zwar
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mit Hilfe der kombinierten Wirkung der NOR Glieder 222 und 224. Das Signal RLIM wird durch die NOR Gleider 222 und 224 getaktet und zwar gei dem jeweils niedrigen Wert der Ausgangsgröße Q4 am Zustandszählerstift "11" und die durch RLIM zugeführten Impulse setzen das logische Glied 200 in Bereitschaft. Wenn der Widerstandswert der Heizelemente 36 und 38 innerhalb der Grenze liegt, liejgt das Signal RLIM spannungsmäßig hoch und das, NAND Glied 218 schickt ein spannungsmäßig niedriges Signal zum NOR Glied
216. Das spannungsmäßig niedrige Eingangssignal des NOR Gliedes 216 erzeigt natürlich ein spannungsmäßig hoch liegendes Ausgangssignal, welches den Zustandszähler 214 vor dem ersten Zustand takte. Andererseits verhinder der konsequent niedrige Wert des RLIM Signals dort, wo die Widerstandswerte von einem oder von beiden der Widerstands-Heizelemente 36 und 38 die vorbestimmten Grenzwerte überschreiten, die in die Grenzwert-Meßschaltung 35 eingegeben sind, die Taktsteuerung des ZustandsZählers 214 vom Nullzustand in den ersten Zustand und es wird aufeinanderfolgend der carry-out Ausgang des acht zählenden Zählers 226 auf einen niedrigen Wert gezwungen und die Ausgangsgröße des Dreifach-Eingang NAND Gliedes 228 wird auf einen hohen Wert gezwungen, um den Zustandszähler zurückzustellen. Wenn also die Widerstandswerte der Widerstands-Heizelemente die vorbestimmten Grenzen überschreiten, wird der Zustandszähler 214 in einen Nullzustand blockiert und die Operationen des Reglers können nicht fortgesetzt werden, bis die überschrittene Widerstandsbedingung korrigiert ist. Es kann somit festgestellt werden, daß das invertierte Stromversorgungseinschaltsignal PÖ" der Schaltung 175 der Fig. 5C zum Dreifach-Eingang NAND Glied 228 gelangt, um den Zustandszähler 214 in den Nullzustand zu blockieren und zwar nach dem Auftreten von nicht annehmbaren Stromver-
sorgungsschwankungen. Das UND Glied 230 läßt das spannungsmäßig hoch liegende Ausgangssignal Q-, welches dem Nullzustand zugeordnet ist, abhängig von den Torsteuerimpulsen hindurch, die von dem durch zehn teilenden Zähler 206 über den Wandler 232 zugeführt werden, hindurch, so daß ein CHGH Signal oder "Heizelement auswechseln"-Signal gebildet wird, welches anzeigt, daß entweder ein übermäßig großer Widerstandswertzustand besteht oder eine nicht annehmbare Schwankung der Stromversorgung vorliegt.
Es sei angenommen, daß die Widerstandsgrenzprüfung erfolgreich abgeschlossen wurde. Der Zustandszähler 214 wird dann vom Nullzustand in den ersten Zustand geschoben und die Ausgangsgröße Q0 am Stift "2" fällt auf einen niedrigen Wert. Der niedrige Ausgangswert Q treibt die Ausgangsgröße des NAND Gleides 218 auf einen hohen Spannungswert, wodurch effektiv das NAND Glied 218 blockiert wird und keine weiteren Taktimpulse zum NAND Glied 216 mehr hindurch gelangen können. Die Beantwortung für die Taktsteuerung des Zustandszählers 214 wird dann vom Ausgang des NAND Gliedes 220 übernommen. Bei allen Zuständen des Reglers zwischen dem Nullzustand und dem fünften Zustand liegt die Ausgangsgröße Q am Stift "2" des Zähüers 214 und die Ausgangsgröße Q_ am Stift "4" des Zühlers 214 spannungsmäßig niedrig, wodurch die Ausgangsgröße des NOR Gliedes 232 spannungsmäßig hoch getrieben wird und das NAND Glied 220 in Bereitschaft gesetzt wird. Der verbleibende Eingang des NAND Gliedes wird von einem NOR Glied 234 versorgt, und zwar abhängig vom Betrieb des NAND Gliedes 236. Das NAND Glied 236 empfängt seinerseits eine Reihe von 1 Hz Taktimpulsen vom NOR Glied 238 abhängig von der Torsteuerung der Impulse aus dem RLlM ENABLE Glied 200 bei 1 Ez Intervallen, die durch das NAND Glied 212 festgelegt sind. Der verbleibende
Eingang des NAND Gliedes 236 wird über die Leitung 240 mit einem spannungsmäßig hohen Impuls versorgt und zwar vom Steigungsdetektor 242 immer dann, wenn die Steigung des strom-repräsentativen Signals I„mT31 kleiner ist als
XiXK I ein vorbestimmter Grenzwert, wodurch angezeigt wird, daß der Widerstandswert des Heizelements 36 bei einem Wert entsprechend der Umgebungstemperatur oder Raumtemperatur liegt. Es wird natürlich angenommen, daß der Widerstand des Heizelements 38 bei einem Wert entsprechend Raumtem-
TO peratur liegt, wenn der Widerstandswert des Heizelements 36 bei einem Wert entsprechend Raumtemperatur liegt. Während dieser Bedingungen wird durch das spannungsmäßig hoch liegende Eingangssignal auf der Leitung 240 das NAND Glied 236 in Bereitschaft gesetzt, um die 1 Hz Taktimpulse vom NOR Glied 238 durch das NAND Glied 234 zum NAND Glied 220 hindurch zu lassen, woraufhin das NAND Glied 220 die Taktimpulse durch das NAND Glied 216 zum Zustandszähler 214 hindurch läßt· Solange also das Widerstands-Heizelement 36 sich auf Raumtemperatur oder Umgebungstemperatur befindet, bleibt die Steigung des strom-repräsentativen Signals lump·] / welches von dem Steigungsdetektor 242 festgestellt wird, stabil und die Ausgangsspannung auf der Leitung 240 bleibt spannungsmäßig hoch, so daß das NOR Glied 238 und die NAND Glieder 236, 234, 220 und 216 die Mögichkeit erhalten, den Zähler 214 von dem ersten Zustand zum vierten Zustand zu takten. Gleichzeitig wird durch das spannungsmäßig hohe Ausgangssignal vom NOR Glied 232 das UND Glied 244 in Bereitschaft gesetzt, so daß dieses Glied die Torsteuerimpulse von dem carry-out Stift "12" des durch zehn teilenden Zählers 206 über den Inverter 232 hindurch läßt und ein spannungsmäßig hoch liegendes CAL vorgesehen wird, welches den ersten bis fünften Zustand des; Reglers anzeigt.
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Nach Erreichen des vierten Zustandes wird die Ausgangsgröße Q4 am Stift "11" des Zählers 214 spannungsmäßig hoch geschaltet, gelangt durch das UND Glied 246 zum NAND Glied 248 und damit durch den Inverter 250, um das Signal CALST zu bilden, welches den Anfang der Eichfolge markiert. Es sei daran erinnert, daß das Signal CALST den Betrieb des Zählers 66a und 66b in den ersten Verstärkerschaltungen 28a und 28b mit variabler Verstärkung einleitet und zwar um R , zu berechnen, wie an früherer Stelle in Verbindung mit Fig. 4 beschrieben wurde. Das UND Glied 246 wird durch das NOR Glied 252 in Bereitschaft gesetzt, dessen Ausgangsgröße auf einen spannungsmäßig hohen Wert schaltet und zwar zwischen niedrigen Spannungsausschlägen des Ausgangssignals des CAL ENABLE Gliedes 198. Das NAND Glied 248 wird durch ein Signal auf der Leitung 254 in Form Steigungsdetektor 244 in Bereitschaft gesetzt. Es läßt sich auch erkennen, daß die Ausgangsgröße Q- vom Zustandszähler 214 auf einem niedrigen Wert während des vierten Zustandes verbleibt. Damit liegt die Ausgangsgröße auf der Leitung 255 vom NAND Glied 256 spannungsmäßig hoch.
Diese Ausgangsgröße, welche als HEAT Signal gekennzeichnet ist, setzt das UND Glied 258 in Bereitschaft, um 100 Hz Torsteuerimpulse von dem durch zehn tullonden Zähler 202 einem Eingang jedes NOR Gliedes 260a, 260b zuzuführten.
Die verbleibenden Eingangsgrößen der NOR Glieder 250a, 260b werden jeweils von den Vergleichsstufen 262a, 262b in der Niedriggrenzwertspannung-Meßschaltung 264 abgeleitet. Die Vergleichsstufen 262a und 262b empfangen die spannungsrepräsentativen Signale VHTR1 und VHTR2 von den Spannungs-Verstärkerschaltungen 22a und 22b der Fig. 3. Die Ausgangsgrößen der Vergleichsstufen 262a und 262b liegen beide spannungsmäßig niedrig, solange die Spannungsabfälle über den Widerstands-Heizelementen 36 und 38 innerhalb der an-
nehmbaren Grenzen liegen, um die Eichfolge durchzuführen (d.h. weniger als 0,25V). Als Nettoergebnis fallen die Ausgangssignale VCAL1 und VCAL2 der NOR Glieder 260a und 260b beide auf einen niedrigen Wert mit der Taktsteuerung jedes Impulses von dem durch zehn teilenden Zähler 202 ab. Jedes niedrig liegende Signal VCAL1 und VCAL2 arbeitet derart, daß die digitalen Schalter 98a und 98b in Fig. 4 geschlossen werden, die 0,25V Bezugspotential von der Eichspannungsversorgung 92 den jeweiligen Summier-Verbindungspunkten 31a und 31b in den Steuerverstärkerschaltungen 32a und 32b zugeführt wird. Das 0,25V Eichpotential wird danach den Widerstands-Heizelementen 36 und 38 aufgedrückt und die Eichfolge wird fortgesetzt, wie dies vorausgehend beschrieben wurd. Da die Ausgangsgröße Q1- des Zustandszählers 214 während des vierten Zustandes spannungsmäßig niedrig bleibt, wird natürlich die Ausgangsgröße CAL von dem UND Glied 244 spannungsmäßig hoch. Es wird jedoch das NOR Glied 222 durch die spannungsmäßig hohe Ausgangsgröße 0. außer Bereitschaft gesetzt, um zu verhindern, daß die RLIM Signale hindurch gelangen, bis der fünfte Zustand erreicht ist. Es sei darauf hingewiesen, daß die Ausgangsgröße der Vergleichsstufen 262a und 26 2b in der Niedriggrenzwertspannung-Meßschaltung 264 dem NOR Glied 266 zugeführt wird, um Taktimpulse von dem durch zehn teilenden Zähler 202 hindurch zu lassen. Die Ausgangsgröße des NOR Gliedes 266 besteht aus dem BLANK Signal, welches dazu verwendet wird, die FET Vorrichtung 142 in der Spannungskleminschaltung 132 der Fig. 5A auszuschalten, und zwar während die Eichfolge durchgeführt wird.
Gegen Ende der Eichfolge wird der Zustandszähler 214 aus dem vierten Zustand in den fünften Zustand weiter getaktet. Die Ausgangsgröße Q4 am Stift "11" des Zustandszählers 214
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schaltet daher auf einen niedrigen Spannungswert, so daß das Signal CALST von der Leitung 108 entfernt wird. Zur gleichen Zeit schaltet die Ausgangsgröße Q5 des Zustandszählers 214 am Stift "4" auf einen hohen Spannungswert, um die Ausgangsgröße des NOR Gliedes 232 auf einen niedrigen Wert zu schalten, so daß effektiv der Durchtritt von Taktimpulsen durch die NAND Glieder 220 und 216 blockiert wird. Der Zustandszähler 214 wird anschließend in dem fünften Zustand gesperrt. Wenn keine Forderung nach Aufheizung von den Widerstands-Heizelemente signalisiert wurde, liegt die Ausgangsgröße auf der Leitung 268 von dem Wärmeanforderungs-Schalterkreis 270 i;pannungsmäßig niedrig. Die Ausgangsgröße des NAND Gliedes 256 bleibt daher spannungsiuäßig hoch, während die Ausgangsgröße des Inverters 272, die auch auf die Leitung 268 geschaltet ist, sich mit spannungsmäßig hohen Signal Q5 verbindet, um das Ausgangssignal READY des NAND Gliedes 27 4 auf niedrigen Spannungswert zu treiben. Das niedrige Signal READY liefert eine Anzeige dafür, daß die Eichfolge vervollständigt wurde und daß die Widerstands-Heizelemente nun für eine Erwärmung oder Erhitzung bereit sind. Eine Forderung nach einer Erwärmung wird durch Schließen eines Ein-Aus-Schalters 276 in der Wärmeanforderungsschaltung 270 signalisiert, woraufhin die Vergleichsstufe 278 hoch schaltet. Das spannungsmäßig hoch liegende Signal auf der Leitung 26 8 treibt nun das Ausgangssignal HEAT des NAND Gliedes 256 auf einen niedrigen Wert, und gleichzeitig wird der Inverter 272 veranlaßt, das Ausgangssignal READY des NAND Gliedes 274 auf einen spannungsmäßi hohen Wert zu treiben. Das niedrige Signal HEAT gelangt zu verschiedenen Abschnitten des Reglers, um die Heizfolge des Widerstands-Heizelementes einzuleiten. Beispielsweise bewirkt das spannungsmäßg niedrige Signal HEAT, welches dem UND Glied 258 zugeführt wird,
daß die Ausgangssignale VCAL1 und VCAL2 der NOR Glieder 260a und 260b auf einen hohen Spannungswert geschaltet werden, die digitalen Schalter 98a und 98b in den Steuerverstärkerschaltungen 32a und 32b geöffnet werden, um das 0,25V Bezugspotential von den Summier-Verbindungspunkten 31a und 31b zu entfernen. Gleichzeitig wird das niedrig liegende Signal HEAT über die Leitung 279 der Basis eines vorwärts vorgespannten p-n-p Transistors 280 in der Stromquelle 282 des optischen Kopplers zugeführt und ebenso zu einer VerzÖgerurigsschaltung 284. Der p-n-p Transistor 280 wird durch das i.pannungsmiißi q niedrige Si anal HEAT in den leitenden Zustand vorgespannt, wodurch der Verstärker 286 einen Betriebsstrom auf den Leitungen 88 zuführt, um die optischen Koppler 82a und 82b in den Verstärkerschaltungen 30a und 30b mit variabler Verstärkung der Fig. 4 mit Energie zu versorgen. Es sei daran erinnert, daß die optischen Koppler 82a und 82b dazu verwendet werden, die Fotowiderstände 86a und 86b als Shunt-Widerstände in die Widerstands-Rückkopplungsnetzwerke 76a und 76b der Verstärker 72a und 72b einzuschalten, um zu verhindern, daß die Widerstands-Heizelemente 36 und 38 zu Beginn der Heizfolge einen thermischen Schock erleiden. Nachdem der p-n-p Transistor 280 für einen kurzeri Intervall leitet, erreicht die Ladung in dem Kondensator 288 der Stromquelle 282 des optischen Kopplers einen Dauerzustandswert und bewirkt, daß die Ausgangsgröße des Verstärkers 286 auf den Leitungen 288 abfällt. Die Vorrichtungen LED 84a und LED 84b werden dann entregt, um die Fotowiderstände 86a und 86b aus den Rückkopplungsnetzwerken zu entfernen und es wird dann der volle Wert des Verstärkungsfaktors (1 + & Δ τ) in den Verstärkerschaltungen 30a und 30b mit variabler Verstärkung an die Verstärker 72a und 72b angelegt.
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Die verzögerungsschaltung 284 ist so ausgelegt, daß sie in den Betrieb der Steuerverstärkerschaltungen 32a und 32b eine Hauptverzögerung einführt und zwar anschließend nach der Verschiebung des Reglers aus dem vierten Zustand in dessen fünften Zustand, wobei die Vorrichtungen LED 84a und LED 84b in den optischen Kopplern 82a und 82b die Gelegenheit erhalten, die volle optische Energie zu erreichen bevor die Produkt-Signale aus den Verstärkerschaltungen 30a und 30b mit variabler Verstärkung den Steuerverstärkern 92a und 92b in den Steuerverstärkerschaltangen 32a und 32b zugeführt werden. Zu diesem Zweck sind die NOR Glieder 290, 292 und 294 in der Verzögerungsschaltung 284 gemäß Fig. 6 angeordnet. Das NOR Glied 290 empfängt in Bereitschaft sitzende Impulse von einer Audio-Verzögerungseinrichtung (die in Verbindung mit Fig. 7 beschrieben werden soll) auf der Leitung 296. Diese in Bereitschaft sitzenden Signale kommen mit 0,2 Sekunden Intervallen an. Damit wird ca. 0,1 Sekunden nachdem das spannungsmäßig niedrige Signal HEAT von dem NAND Glied 256 an dem Eingangsanschluß des NOR Gliedes 292 ankommt, die Ausgangsgröße des NOR Gliedes 290 auf einen niedrigen Spannungswert geschaltet, um eine spannungsmäßig hohe Ausgangsgröße des NOP Gliedes 292 zu erzeugen. Die Ausgangsgröße des NOR Gliedes 294 wird ihrerseits auf einen niedrigen Spannungswert getrieben und gelangt als ein verzögertes Signal HEAT auf der Leitung 91 zu den digitalen Schaltungen 90a und 90b in den Steuerverstärkerschaltungen 32a und 32b der Fig. 4. Die digitalen Schalter 90a und 90b fließen demzufolge, um das Produkt-Signal aus den Verstärkerschaltungen 30a und 30b mit variabier Verstärkung den Summier-Verbindungspunkten 31a und 31b zuzuführen, woraufhin die Steuersignale CTL und CTL? durch die Steuerverstärker 92a und 92b erzeugt werden, wie dies in Verbindung mit Fig. 4 erläutert wurde. Die niedri-
ge Ausgangsgröße des NOR Gliedes 294 wird auch dazu verwendet das Signal CLAMP der Spannungsklemmschaltung 132 in Fig. 5A zuzuführen. Wenn die Ausgangsgröße des NOR Gliedes 294 auf einen niedrigen Wert zu Beginn der Heizfolge schaltet, so wird die FET Vorrichtung 134 in der Spannungsklemmschaltung 132 deaktiviert, um die Spannungsklemmschaltung auszuschalten bzw. abzutrennen. In einer ähnlichen Weise wird durch die Ausgangsgröße des NOR Gliedes 292 das Signal CLAMP auf der Leitung 172 für den Leistungsschalterkreis der Fig. 5B zugeführt. Die spannungsmäßig niedrige Ausgangsgröße des NOR Gliedes 292, die auftritt vom Nullzustand zum vierten Zustand des Reglers (d. h. wenn das Signal HEAT spannungsmäßig hoch liegt) schaltet die FET Vorrichtung 170 aus, um das positive 12V Potential vom Spannungsabgriff der Fig. 5A dem Spannungsabgriff oder Anschluß 174 in dem Leistungsschalterkreis zuzuführen. Wenn andererseits die Ausgangsgröße des NOR Gliedes 292 auf einen hohen Spannungswcrt getrieben wird, 0,1 Sekunden im fünften Reglerzustand, so taktet das spannungsmäßig hoch liegende Signal CLAMP die FET Vorrichtung 170, um den Transistor 168 der Fig. 5B einzuschalten und ein positives Potential von 12V dem Spannungsanschluß 174 zuzuführen.
Aufgrund der effektiven Blockade der Impulse durch die NAND Glieder 220 und 216 entsprechend der spannungsmäßig hoch liegenden Ausgangsgröße Q , verbleibt der Zustandszähler 214, wie bereits erwähnt wurde, auf dem fünften Zustand entweder in einer "Bereit" ("ready") oder einer "Heiz"-Betriebsart ("heat"), was von der Stellung des Ein-Aus-Schalters 276 abhängt. Sollte der Widerstandswert von einem der Heizelemente 36 oder 38 die Grenzwerte überschreiten, welche in der Grenzwert-Meßschaltung 35 einge-
schaltet sind, so wird durch die Wirkung der NOR Glieder 222 und 224, des durch acht teilenden Zählers 226 und des Dreifach-Eingang-NAND Gliedes 228 der Zustandszähler 214 auf den Nullzustand zurückgestellt, wie an früherer Stelle erläutert wurde, und die normalen Regler-Operationen können nicht wieder realisiert werden, die Bedingungen entsprechend einem übermäßig großen Widerstandswert korrigiert sind. Wenn die Bedingungen entsprechend einem übermäßig hohen Widerstandswert dadurch verursacht werden, daß unbeabsichtigt das Widerstands-Heizelement 36 (und in Entsprechung das Widerstands-Heizelement 38) vom Regler abgetrennt wurde, so stellt die logische Schaltung 34 ein Mittel dar, um den normalen Betrieb des Reglers wieder zu erreichen, und zwar nach dem Wiederanschluß der Widerstands-Heizelemente, solange bestimmte Vorschriften erfüllt sind. Wenn also die Widerstands-Heizelemente während der Heizfolge abgetrennt werden und schnell wieder angeschlossen werden, derart, daß die Temperaturen der Heizelemente auf einem hohen Wert bleiben, so braucht der Regler nicht vor dem Wiedererreichen der Heizfolge erneut geeicht zu werden. Dies wird dadurch erreicht, in dem man ein spannungsmäßig hoch liegendes Signal auf der Leitung 298 vom Steigungsdetektor 242 zuführt, welches eine hohe Temperatur des Heizelementes angibt. Die Leitung 298 bildet einen Eingang für das NAND Glied 300. Der andere Eingang des NAND Gliedes 300 wird durch die 1 Hz Taktimpulse vom NOR Glied 238 vorgesehen. Der Ausgang des NAND Gliedes 300 ist sowohl mit dem NAND Glied 234 als auch mit dem KOR Glied 302 verbunden. Es läßt sich somit erkennen, daß das NAND Glied 300 einen abwechselnden Pfad zum Durchlassen von Taktimpulsen um das NAND Glied 236 herum zum Zustandszähler 214 bildet. Wenn das Widerstands-Heizelement 36 vom Regler abgetrennt wurde und dann schnell wieder an-
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geschlossen wurde, so daß die Temperatur des Heizelements auf einem hohen Wert bleibt, ermöglicht das Vorhandensein des NAND Gliedes 300 dem Zustandszähler 214 auf den Nullzustand zurück in den fünften Zustand getaktet zu werden und zwar trotz Fehlen eines spannungsmäßig hohen Signals auf der Leitung 240 vom Steigungsdetektor 242. Gleichzeitig wird durch die Wirkung des NOR Gliedes 302 abhängig von sowohl der Ausgangsgröße _des NAND Gliedes 300 und der Ausgangsgröße Q des Flip-Flops 304 der Flip-Flop 306 zurückgestellt, so daß der Ausgangswert des NOR Gledes 252 auf einen niedrigen Spannungswert getrieben wird, um das Hindurchgelangen der spannungsmäßig hoch liegenden Ausgangsgröße Q4 vom Zustandszähler 214 durch das UND Glied 246 zu blockieren. Auf diese Weise kann das Signal CALST auf der Leitung 108 nicht erscheinen, wenn der Zustandszähler 214 durch den vierten Zustand geschoben wird und der Wert von R , , der an früherer Stelle in den Zählern 66a und 66b der ersten Verstärkerschaltungen 28a und 28b mit variabler Verstärkung festgehalten wurde, verbleibt unversehrt. Wenn andererseits eine Schwankung der Stromversorgung bewirkt, daß der Zustandszähler 214 in den Nullzustand zurückgestellt wird, wie an früherer Stelle erläutert wurde, so bewirkt ein spannungsmäßig hoch liegendes Signal PO, welches der Rückstellklemme des Flip-Flops zugeführt wird, daß das Rückstellsignal vom Flip-Flop entfernt wird. Demnach wird das NoR Glied 252 in Bereitschaft gesetzt und das Signal CALST erscheint erneut auf der Leitung 108, um die Eichfolge einzuleiten, wenn der Zustandszähler 214 zurück in den vierten Zustand geschoben wird. Wenn auf ähnliche Weise die Widerstands-Heizelemente 36 und 38 von dem Regler für eine ausreichend lange Periode abgetrennt werden, so daß in den Heizelementen eine wesentliche Abkühlun gerfolgen kann, oder wenn der Stromversor-
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gungsfluß zum Regler für eine gleich lange Periode unterbrochen wird, so gibt der Steigungsdetektor 242 spannungsmäßig niedrige Ausgangssignale auf beiden Leitungen 240 und 298 ab. Die NAND Glieder 236 und 300 werden dann außer Bereitschaft gesetzt, um die normale Taktsteuerung entsprechend 1 Hz des Zustandszählers 214 über die NAND Glieder 234, 220 und 216 zu verhindern, während die NOR Glieder 208 und 310 in Bereitschaft gesetzt werden, um die 1 Hz Impulse vom NOR Glied 238 über den Inverter 312 zum UND Glied 314 hindurchzulassen. Die Ausgangsgröße des UND Gliedes treibt seinerseits das NAND Glied 316, um den Zustandszähler 214 über das Dreifach-Eingang-NAND Glied 228 zurückzustellen. Der Zustandszähler 214 wird weiter zurückgestellt, bis die Widerstands-Heizelemente auf Umgebungstemperatur abgekühlt sind, zu welchem Zeitpunkt der Zustandszähler erneut in den normalen Verschiebungsbereich zwischen den Zuständen gelangt. Nach dem das spannungsmäßig hohe Signal auf der Leitung 298 verschwunden ist, wird die Ausgangsspannung des NAND Gliedes 300 hochgeschaltet, um das NOR Glied 302 auf einen niedrigen Spannungswert zu treiben. Der Flip-Flop 306 wird somit nicht zurückgestellt und das NOR Glied 252 setzt erneut das UND Glied 246 in Bereitschaft, um hohe Werte des Signals Q. vom Zustandszähler 214 durch das NAND Glied 248 und den Inverter 250 hindurch zu lassen, um die Signale CALST vorzusehen. Auf ein verlängertes Abgetrenntsein der Widerstands-Heizelemente 36 und 38 vom Regler folgt dann die Eichfolge, die dem vierten Zustand zugeordnet ist in ihrem vollen Umfang, so als ob der Regler gerade eingeschaltet worden w.'ire und es wird ein neuer Wert von R .
in die digitalen Zähler 66a und 66b in den Verstärkerschaltungen 30a und 30b mit variabler Verstärkung eingegeben.
Die Betriebsweise des Steigunsdetektors 242 kann unter Hin-
weis auf Fig. 6 besser erläutert werden. Der Steigungsdetektor 242 enthält eine Reihe von digitalen Schaltern 298, 300, 302 und 304, um ein Paar von Kondensatoren 306, 308 mit dem strom-repräsentativen Signal IHTR1 verschiedentlich zu laden und zu entladen, wobei dieses Signal durch den Strom/Spannungswandler 26a über die Leitung 51a (siehe Fig. 3) dem Steigungsdetektor 242 zugeführt wird. Es sei darauf hingewiesen, daß das Signal I„__-, mit einem
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Verstärkungsfaktor von -5 im Verstärker 310 multipliziert wurde und zwar vor dem Einleiten dieses Signals in das digitale Schalternetzwerk, so daß dadurch die Empfindlichkeit der Steigungsdetektor-Messung erhöht wird. Zum Zeitpunkt t_ fallen die Taktimpulse aus dem NAND Glied 208 auf einen niedrigen Spannungswert ab, so daß dadurch der digitale Schlüter 298 geschlossen wird. Die Ausgangsgröße des NAND Gliedes 212 ist zum Zeitpunkt t„ spannungsmäßig hoch, jedoch erzeugt das Vorhandensein des NOR Gliedes 312, welches zwischen die Ausgangsleitung 314 des NAND Gledes 212 und die Eingangsleitung 316 des digitalen Schalters 302 geschaltet ist, einen Zustand entsprechend einem spannungsmäßig niedrigen Einganssignal, wodurch der digitale Schalter 302 geschlossen wird. Wenn die digitalen Schalter 298 und 302 beide geschlossen sind, existiert ein Strompfad von der Leitung 51a über den Kondensator nach Masse oder Erde und der Kondensator 306 wird entsprechend dem Wert von IHRT-] geladen. Der Ausgangsimpuls des NAND Gliedes 208 springt dann anschließend auf einen hohen Spannungswert, um den digitalen Schalter 298 zu öffnen, während die Ausgangsgröße des NAND Gliedes 212 spannungsmäßig hoch bleibt, um den digitalen Schalter 302 in der geschlossenen Schaltstellung zu halten. Zum Zeitpunkt t. (ca. 0,8 see. nach t„, wenn der durch zehn teilende Zähler 206 aus einem National Semiconductor CD4017 Zähler besteht,
wobei die Stiftverbindungen gemäß Fig. 6 ausgeführt sind) fällt die Ausgangsgröße des NAND Gliedes 210 auf einen niedrigen Spannungswert, so daß der digitale Schalter geschlossen wird. Der Strompfad von der Leitung 51a nach Masse oder Erder verläuft nun über den Kondensator 308, so daß dieser Kondensator entsprechend dem Signal lTjmRi aufgeladen wird. Die Ausgangsgröße des NAND Gliedes 210 kehrt anschließend auf einen hohen Spannungswert zurück und öffnet den digitalen Schalter 300. Irgendeine Änderung in dem Wert von I„_,_,., zwischen den Zeitpunkten tn
HlK I U
und t1 wird als eine Differenz in der Ladung reflektiert, die in dem Kondensator 306 gesammelt wird und zwar relativ zur Ladung, die in dem Kondensator 308 gesammelt wird. Diese Differenz wird durch Ausgabe eines spannungsmäßig niedrigen Signals vom NAND Glied 212 auf der Leitung 314 zum Zeitpunkt t2 gemessen, wobei t» > t- ist. Die spannungsmäßig niedrige Ausgangsgröße des NAND Gliedes 212 fließt den Digitalschalter 304 und bewirkt, daß über die Wirkung des NOR Gliedes 312 der Digitalschalter 302 geöffnet wird. Die Kondensatoren 306 und 308 werden somit über den spannungsmäßig hoch liegenden Eingang des Differenzverstärkers 318 geerdet. Das spannungsmäßig hohe Signal, welches auf der Eingangsleitung 316 als Ergebnis der spannungsmäßig niedrigen Ausgangsgröße des NAND Gliedes 212 erzeugt wird, setzt auch das NAND Glied 248 über die Leitung 254 in Bereitschaft und taktet eine FET Vorrichtung 320, die an den spannungsmäßig niedrig liegenden Eingangsanschluß des Differenzverstärkers 318 angeschlossen ist, so daß der Differenzverstärker voll in Betrieb gesetzt wird.
Die Ausgangsgröße des Differenzverstärkers 318 besitzt eine Größe proportional zur Differenz in der Ladung/ die
in den zwei Kondensatoren 306 und 308 gespeichert ist und sie bildet somit ein Maß für die Ladungsmenge oder die Steigung des strom-repräsentativen Signals I„mr>1
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als Funktion der Zeit. Diese Ausgangsgröße gelangt zu den Vergleichsstufen 322, 324 und 326. Die Vergleichsstufe 322 erzeugt auf der Leitung 298 immer dann ein spannungsmäßig hoch liegendes Signal, wenn die Änderungsfolge oder Steigung von IHmR·] größer ist als ein vorbestimmter Wert, wodurch angezeigt wird, daß sich das Widerstands-Heizelement 36 sehr schnell von einer hohen Temperatur aus abkühlt. Die Vergleichsstufe 324 erzeugt ein spannungsmäßig hohes Signal auf der Leitung 240 immer dann, wenn die Änderungsfolge oder Steigung von I„mT-..,
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kleiner ist als ein vorbestimmter Wert, wodurch angezeigt wird, daß das Widerstands-Heizelement im wesentlich nicht im Betrieb ist oder Umgebungstemperatur hat. Spannungsmäßig niedrige Ausgangsgrößen von beiden Vergleichsstufen 322 und 324 zeigen an, daß die Steigung von I1 kleiner ist als der vorbestimmte hoch liegende Wert, jedoch größer ist als der vorbestimmte niedrige Wert. Diese Bedingung tritt dann auf, wenn sich das Widerstands-Heizelement 36 langsam abkühlt. Die Vergleichsstufe 326 erzeugt auf der Leitung 240 immer dann ein spannungsmäßig hohes Signal, wenn die Steigung von I„TR. einen vorbestimmten negativen Wert überschreitet, wodurch angezeigt wird, daß das Widerstands-Heizelement aufgeheizt wird. Es sei angenommen, daß die Temperaturbedingung des Widerstands-Heizelements 38 parallel zum Widerstands-Heizelement 36 liegt, so daß aus diesem Grund die Steigung des strom-repräsentativen Signals IHTR;? nicht getrennt festgestellt wird.
In Fig. 7 ist eine Parametereingangsschaltung für die Ver-
wendung mit dem Regler nach der Erfindung veranschaulicht. Die Parametereingangsschaltung ist so ausgeführt, daß die gewünschte Temperatur der Widerstands-Heizelemente in die Digital/Analogwandler 74a und 74b der Verstärkerschaltungen 30a und 30b mit variabler Verstärkung einprogrammiert werden. Es istdaherein Auf-Ab scha lter (up-down switch) 348 vorgesehen, um ein Taktsteuernetzwerk 350 zu treiben, welches an einen Kombinationszähler 352 angeschlossen ist. Abhängig von der Schaltstellung des Schalters 348 zählt der Kombinationszähler 352 entweder aufwärts oder abwärts, um binär kodierte dezimale Wiedergabt»n der Temperaturen zu erzeugen, so daß die Bedienungsperson des Reglers die Möglichkeit hat, irgendeine Zahl der gewünschten Temperaturen innerhalb des Bereiches des KombinationsZählers 352 auszuwählen. Der Kombinationszähler 350 enthält ein Flip-Flop 354, um die Hunderter zu zählen und einen Auf warts-Abwärtszähler 356, um die Zehner zu zählen. Die Zählfolge für sowohl das Flip-Flop 354 als auch den Aufwärt s-Abwärts zähler 356 wird durch einen Binärzähler 357 in dem Taktsteuernetzwerk 350 auf 2,44 Hz eingestellt, wobei der Zähler 357 über die Leitung 358 Taktimpulse von 39 Hz von einer Audioschaltung empfängt, die in Verbindung mit Fig. 9 noch beschrieben werden soll. Das Zählfolgesignal entsprechend 2,44 Hz gelangt zur Audioschaltung der Fig. 9 über die Leitung 359 zurück. Die Ausgangsgröße vom Flip-Flop 354 und die Ausgangsgrößen des Aufwärts-Abwärtszählers 356 gelangen durch eine Pufferstufe 360 zu einem Addierer 361, der als ein BCD/Binärwandler arbeitet. Die Ausgangsgröße des Addierers 361 besteht somit aus einer binären Darstellung der gewünschten Temperatur und gelangt über die Leitungen 78 zu den Digital/Analogwandlern 74a und 74b, um den Temperaturparameter (1 + «ΔΤ) festzusetzen, wie an früherer Stelle erläutert wurde.
Ein ROLL Schalter 362, der vom Regler entfernt angeordnet ist, kann eine auf Wunsch verwendbare Einrichtung darstellen, die Zählung im Kombinationszähler 352 hochzutreiben. Bei Schließen des ROLL Schalters 362 gibt die Vergleichsstufe 364 einen Höchspannungswert an das UND Glied 366 ab, wobei dieses UND Glied durch ein spannungsmäßig hohes Signal HEAT vom Ausgang des NAND Gliedes 256 in der logischen Schaltung 34 in Bereitschaft gesetzt wird. Solange der Regler in der "Bereit"-Betriebsart des fünften Zustandes verbleibt (d.h. solange das Signal HEAT spannungsmäßig hoch bleibt) kann die Ausgangsgröße der Vergleichsstufe 364 durch das UND Glied 366 hindurch gelangen, um den Kombinationszähler 352 zu takten. Dagegen wird dann, wenn das Signal HEAT auf einen spannungsmäßig niedrigen Zustand geschaltet wird, wenn eine Forderung nach Aufheizen der logischen Schaltung 34 signalisiert wird, das UND Glied 366 außer Bereitschaft gesetzt, wodurch effektiv der ROLL Schalter 362 abgetrennt wird. Es kann ein weiterer Fernsteuerschalter 368 vorgesehen sein, um automatisch die gewünschte Temperatureinstellung auf einen vorbestimmten oberen Grenzwert vorzustellen. Ein Schließen des Schalters 368 bewirkt ein spannungsmäßiges Hochschalten der Ausgangsgröße der Vergleichsstufe 370. Dieser spannungsmäßig hoch liegende Ausgang der Vergleichsstufe gelangt seinerseits zu einem NAND Glied 372. Das NAND Glied 372 wird entweder durch ein spannungsmäßig niedriges Signal HEAT in Bereitschaft gesetzt, welches von der logischen Schaltung 34 über den Inverter 373 empfangen wird, oder durch ein spannungsmäßig hoch liegendes Signal VLIM, welches von der Niedriggrenzwertspannung-Meßschaltung 364 der logischen Schaltung 34 empfangen wird. Die Ausgangsgröße des NAND Gliedes 372 gelangt durch eine invertierende Transistortreiberstufe
374, um eine Reihe von Ansprechwiderständen 376 (pullup resistors) zu betätigen, deren Werte im voraus so ausgesucht wurden, daß die Addierstufe 362 mit der binär kodierten Dezimaldarstellung der vorbestimmten oberen Grenzwerttemperatur beschickt wird. Wenn es gewünscht wird, kann eine Reihe von Leitungen 378, die zwischen den Ausgang der Pufferstufe 360 und dem Eingang der Addierstufe 361 verlegt sind, dazu verwendet werden die BCD Darstellung an eine Anzeigeeinrichtung (in Fig. 7 nicht gezeigt) zu liefern, um eine sichtbare Anzeige der ausgewählten und gewünschten Temperatur vorzusehen.
Fig. 8 zeigt eine Anzeigeeinrichtung, die in geeigneter Weise in Verbindung mit dem Regler nach der Erfindung verwendet werden kann. Die Anzeigeeinrichtung umfaßt einen Schaltungsabschnitt 380, um sichtbar den Zustand des Reglers anzuzeigen und einen Schaltungsabschnitt 382, um sichtbar den Wert der vonder Bedienungsperson des Reglers ausgewählten und gewünschten Temperatur anzuzeigen.
Der Schaltungsabschnitt 380 enthält eine Reihe von LED Vorrichtungen 384, 386, 388 und 390, die jeweils paarweise strombegrenzenden Widerstandsnetzwerken 392 und 394 zugeordnet sind. Die LED Vorrichtungen 384 bis 390 können, wenn dies gewünscht wird, farbkodiert sein. Die logischen Schaltungssignale, die den Zuständen "Heizelement auswechseln" und "eichen" zugeordnet sind, d.h. die Signale CHGH und CAL werden jeweils durch die NOR Gleder 396 und 398 zu dem Widerstandsnetzwerk 392 über die in Reihe geschalteten Inverter 400, 402 und 404, getaktet. Das spannungsmäßig hoch liegende Signal CHGH, welches den Zustand "Heizelement austauschen" anzeigt, treibt den Inverter 402 auf einen niedrigen Wert, um die LED Vorrichtung 384 zu aktivieren, während das spannungs-
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mäßig hoch liegende Signal CAL, welches den Zustand "eichen" anzeigt, den Inverter 406 auf einen niedrigen Spannungswert reibt, um die LED Vorrichtung 386 zu aktivieren. Auf ähnliche Weise werden die logischen Schaltungssignale, die den Betriebsarten "Bereit" und "Heizen" des fünften Relgerzustandes zugeordnet sind, d.h. das Signal READY und das Signal HEAT jeweils durch die NAND Glieder 408 und 410 zum Widerstandsnetzwerk 394 über die Inverter 412 und 414 getaktet. Das spannungsmäßig niedrige Signal READY , welches den "Bereif'-Zustand angibt, treibt den Inverter 412 auf niedrigen Spannungswert, um die LED Anzeigevorrichtung 388 zu aktivieren, während das spannungsmäßig niedrige Signal HEAT, welches die "Heiz"-Betriebsart anzeigt, den Inverter 414 auf niedrigen Spannungswert reibt, um die LED Anzeigevorrichtung 390 zu aktivieren. Beide NOR Glieder 396 und 398 werden mit dem Stromeinschaltsignal PO beschickt und beiden NAND Glieder 408 und 410 werden mit dem invertierten Stromeinschaltsignal PO beschickt. Es sei daran erinnert, daß in Verbindung mit Fig. 5C nicht annehmbare Stromversorgungsbedingungen in dem Regler das PO Signal spannungsmäßig hoch schalten und das PÖ~ Signal spannungsmäßig niedrig schalten. Im Falle einer nicht akzeptierbaren Stromversorgungsbedingung werden somit alle Inverter 402, 406 und 412 414 auf niedrigen Spannungswert getrieben, um gleichzeitig alle LED Anzeigevorrichtungen 384 bis 390 zu akitivieren.
Der Schaltungsabschnitt 382 der Anzeigeeinrichtung nach Fig. 8 enthält eine LED Anzeigevorrichtung 416 mit sieben Anzeigesegmenten.und eine Dual LED Anzeigevorrichtung 418 mit sieben Anzeigesegmenten. Die Anzeigevorrichtung 418 liefert eine Anzeige der Hunderter Ziffer und der Zehner
Ziffer der ausgewählten gewünschten Temperatur. Demzufolge wird die BCD Darstellung der gewünschten Temperatur, die durch die Parametereingangsschaltung der Fig. 7 erzeugt wird, über die Leitungen 378 von der Parametereingangsschaltung zu einem Paar von Dekodierern 420 und 422 übertragen. Jeder dieser Dekodierer kann aus einem Schaltschloß entsprechend National Semiconductor CD4511 BCD-zu-.sieben Segmente bestehen. Die Ausgangsgrößen der Dekodierer 420 und 422 gelangen durch eine Reihe von Widerstandsnetzwerken 424 bis 430 zu den Eingängen der Anzeigevorrichtung 418, woraufhin die sichtbare Darstellung der Hunderter Ziffer und der Zehner Ziffer der gewünschten Temperatur erzeugt wird. Die Anzeigevorrichtung 416 sieht eine sichtbare Anzeige der Einer Ziffer der ausgewählten Temperatur vor. Da jedoch der Kombinationszähler 352 der Fig. 7 nur Zehner zählt, wird die Anzeigeeinrichtung 416 dauerhaft in einer "Null"-Darstellung oder Anzeige blockiert.
Fig. 9 zeigt nun eine Einrichtung, um eine Audio-Anzeige verschiedener Reglerzustände vorzusehen. Die Audioschaltung enthält einen Lautsprecher 432, der von einem Transistorpaar 4 32 und 4 36 abhängig von der Ausgangsgröße des Verstärkers 4 38 getrieben wird. Die Verstärkung des Verstärkers 438 kann verändert werden, in dem man einen veränderbaren Widerstand oder einen Klangvolumenregler 439 einstellt, um die Lautstärke des Lautsprechers zu verändern. Der Verstärker 438 wird mit Tonsignalen von 312 Hz beschickt, die in einem 12-stufigen Binärzähler 440 abhängig von 1250 Hz Taktsignalen des Zählers 442 erzeugt werden. Der Zähler 442 wird seinerseits durch die Ausgangsgröße von 40 KHz der Teilerschaltung 194 in der logischen Schaltung 34 getaktet. Im aktiven Zustand gibt
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der Binärzähler 440 auch Ausgangssignale entsprechend 4,88 Hz und 0/31 Hz ab, wobei das 4,88 Hz Signal dazu verwendet wird, die Leitung 296 mit den 0,2 Sekunden in Bereitschaft setzenden Impulsen für das NOR Glied 290 der Verzögerungsschaltung 294 in der logischen Schaltung 34 zu versorgen. Der Rückstelleingang des Binärzähles 440 ist mit dem Ausgang des UND Gliedes 444 verbunden. Ein Eingang des UND Gliedes 444 führt das Signal HEAT vom NAND Glied 256 in der logischen Schaltung 34. Der andere Eingang des UND Gliedes 444 wird durch das invertierte Stromeinschaltsignal PO von der Schaltung nach Fig. 5C gebildet. Die Ausgangsgröße von 0,31 Hz des Binärzählers 440 treibt eine Sperrschaltung 445 mit den NOR Gliedern 446 und 448. Der Ausgang der Sperrschaltung 445 ist mit einem Eingang des NOR Gliedes 450 verbunden. Der andere Eingang des NOR Gliedes 450 wird mit der Ausgangsgröße des NAND Gliedes 452 beschickt, dessen Eingangsgrößen jeweils von einer Vergleichsstufe 454 und einer Leitung 456 abgeleitet werden, die mit dem Ausgang des NAND Gliedes 372 in der Parametereingangsschaltung der Fig. 7 verbunden ist. Die Vergleichsstufe 454 schaltet spannungsmäßig hoch oder niedrig, was von dem Wert des Steuersignals CTL1 abhängt, welches von der Steuerverstärkerschaltung 32a der Fig. 4 erzeugt wird, während die Ausgangsgröße des NAND Gliedes 372 zwischen einem hohen und einem niedrigen Spannungswert schwankt, was von der Stellung des Schalters 368 in Fig. 7 abhängig ist. Die Ausgangsgröße des NOR Gliedes setzt das NOR Glied 456 in Bereitschaft, um das 4,88 Hz Signal vom Binärzähler 440 über das NAND Glied 458 zum NAND Glied 460 durchzulassen. Das NAND Glied 460 ist so ausgeführt, daß das 312 HZ Signal unterbrochen wird, welches vom Binärzähler 440 zum Verstärker 438 verläuft, wie dies im folgenden noch beschrie-
ben werden soll. Das NOR Glied 462, welches die Ausgangsgröße des NAND Gliedes 460 empfängt, blockiert die 312 Hz Signale, so daß diese den Verstärker 438 nicht erreichen, wenn eine "click" Schaltung in Betrieb ist, die im folgenden noch beschrieben werden soll.
Wenn der Regler von seinem Nullzustand in seinen vierten Zustand geschoben wird, so liegt das Signal HEAT spannungsmäßig hoch. Es sei angenommen, daß annehmbare Stromversorgungsbedingungen in dem Regler vorhanden sind, d.h. das Signal PO liegt spannungsmäßig hoch, die Ausgangsgröße des UND Gliedes 444 wird spannungsmäßig hoch geschaltet und der Binärzähler 440 ist in einen Rückstellzustand gesperrt. Es werden somit während des nullten bis vierten Reglerzustandes keine Ausgangssignale durch den Binärzähler 440 erzeugt und der Lautsprecher 432 gibt keinen Ton ab. Nach dem der Regler in den fünften Zustand geschoben wurde, wird jedoch durch eine Forderung nach Aufheizung das Signal HEAT spannungsmäßig niedrig geschaltet, wie an früherer Stelle erläutert wurde, das UND Glied wird außer Bereitschaft gesetzt, so daß der Rückstellzustand vom Zähler 440 entfernt wird. Danach fängt der Binärzähler 44 0 damit an die Signale entsprechend 312 Hz, 4,88 Hz und 0,31 Hz zu erzeugen. Das 0,31 Hz Signal erscheint nicht für ca. die erste und eine halbe Sekunde des Zählerbetriebes. Demzufolge liegt die Ausgangsgröße der Sperrschaltung 445 spannungsmäßig hoch und die Ausgangsgröße des NOR Gliedes 4 50 liegt spannungsmäßig niedrig. Das NOR Glied 456 läßt anschließend ein invertiertes 4,88 Hz Signal durch das NAND Glied 458 passieren, um das NAND Glied 460 in periodischen Intervallen in Bereitschaft zu setzen, die durch das 4,88 Hz Signal definiert sind. Als Ergebnis besteht die Ausgangsgröße des NAND Gliedes 460
aus einer Reihe von Tonimpulsen, d.h. 312 Hz Signalen, die intermittierend durch die hohen Spannungsaufschläge des invertierten 4,88 Hz Signal vom NOR Glied 456 unterbrochen sind. Der Lautsprecher 432 erzeugt einen "piependen" Ton entsprechend diesen Tonimpulsen.
Nach eineinhalb Sekunden Verzögerung wird der erste 0,31 Hz von dem Binärzähler 440 abgegeben, wobei die Ausgangsspannung des NOR Gliedes 446 auf niedrigen Spannungswert geschaltet wird, um die Schaltung 44 5 zu sperren. Es sei angenommen, daß der Schalter 368 offen ist und daß die Ausgangsgröße des NAND Gliedes 372 in der Parametereingangsschaltung spannungsmäßig hoch liegt. Wenn an dieser Stelle der Wert von CTL. einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet, der in der Vergleichsstufe 454 eingestellt ist, wodurch angezeigt wird, daß die Widerstands-Heizelemente 36 und 38 weiterhin aufgeheizt werden, so fällt die Ausgangsgröße der Vergleichsstufe auf niedrigen Spannungswert und die Ausgangsgröße des NAND Gliedes 452 gelangt auf einen hohen Spannungswert. Das NOR Glied 450 fährt damit fort ein niedriges Spannungssignal abzugeben, um das NOR Glied 456 in Bereitschaft zu setzen und das 4,88 Hz Signal vom Binärzähler 44 0 gelangt weiterhin durch das NOR Glied 456 und das NAND Glied 458, um das 312 Hz Ausgangssignal des Binärzählers 440 zu unterbrechen. Wenn das Steuersignal CTL1 auf einen festen Wert abfällt, wodurch angezeigt wird, daß die Widerstands-Heizelemente 36 und 38 ihre gewünschte Temperatur erreicht haben, so springt die Ausgangsspannung der Vergleichsstufe 454 auf einen hohen Wert, um die Ausgangsgröße des NAND Gliedes 452 auf niedrigen Spannungswert zu treiben. Da die Schaltung 445 ebenfalls auf einen niedrigen Spannungswert gesperrt ist, ist die Ausgangsgröße des NOR Gliedes 4 50 auf
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hohen Spannungswert eingestellt. Das NOR Glied 456 wird selbst außer Bereitschaft gesetzt und gibt ein niedriges Spannungssignal ab, und zwar ungeachtet des Vorhandenseins des 4,88 Hz Signals vom Binärzähler 440. Das NAND Glied 458 wird dann auf einen hohen Spannungswert getrieben und das 312 Hz Ausgangssignal vom Binärzähler 440 gelangt durch das NAND Glied 460 in invertierter Form, um den Verstärker 438 mit einer fortwährenden Folge von 312 Hz Impulsen zu versorgen. Damit beginnt der Lautspreeher 4 32 einen Dauerton zu erzeugen, so daß die Bedienungsperson des Reglers daran erinnert wird, daß die Heizelemente 36 und 38 die gewünschte Temperatur erreicht haben. Der Dauerton wird fortgesetzt, solange die Widerstands-Heizelemente auf der gewünschten Temperatur bleiben. Wenn natürlich ein Abkühlen der Widerstands-Heizelemente stattfindet, so nimmt die Größe des Steuersignals CTL- zu, um sowohl den Spannungsabfall über dem Widerstands-Heizelement 36 als auch den Stromfluß durch dieses Widerstands-Heizelement zu erhöhen, woraufhin die Ausgangsgröße der Vergleichsstufe 454 auf einen hohen Spannungswert schaltet, um die Ausgangsgröße des NAND Gliedes 452 auf niedrigen Spannungswert zu treiben. Das NOR Glied 450 wird freigegeben, um den Durchgang des 4,88 Hz Signals durch das NOR Glied 4 56 zu ermöglichen, wodurch erneut die 312 Hz Ausgangsgröße des Binärzählers 440 unterbrochen wird und von dem Lautsprecher 432 ein "Piep"-Ton erzeugt wird. Durch das Schließen des Schalters 368 in Fig. 7, um automatisch die gewünschte Temperatureinstellung auf einen vorbestimmten oberen Grenzwert vorzuschalten, zwingt die Ausgangsgröße des NAND Gliedes 372 auf niedrigen Spannungswert. Wenn die Widerstands-Heizelemente sich anderweitig auf der gewünschten Temperatur befinden, d.h. wenn die Ausgangsgröße der Vergleichsstufe 454
spannungsmäßig hoch liegt, so wird auch die Ausgangsgröße des NAND Gliedes 452 spannungsmäßig hochgetrieben, um das NOR Glied 456 über das NOR Glied 450 in Bereitschaft zu setzen, so daß der Lautsprecher 4 32 erneut "Piep"-Ton erzeugt.
Die Audioeinrichtung der Fig. 9 enthält weiter eine "click" Schaltung 464, die eine Audioanzeige der Aufwärts/Abwärtszählung vorsieht, die von dem Kombinationszähler 352 in der Parametereingangsschaltung der Fig. 7 durchgeführt wird. Es läßt sich erkennen, daß der Zähler 442 ein 312 Hz abgibt und ebenso ein 39 Hz Signal zusätzlich zu dem zuvor erwähnten 1250 Hz Signal. Das 39 Hz Signal gelangt auf der Leitung 358 zürn Zähler 357 in einer Parametereingangsschaltung, um dadurch die 2,44 Hz Zählfolge für den Kombinationszähler 352 vorzusehen. Das 2,44 Hz Zählfolgesignal gelangt zur "click" Schaltung der Fig. 9 auf der Leitung 359 zurück, um das Flip-Flop 466 zu takten. Gleichzeitig taktet das 312 Hz Ausgangssignal des Zählers 442 einen Zähler 468, wobei die Ausgangsgröße Q~ dieses Zählers 468 die Rückstellung des Flip-Flops 466 steuert. Die kombinierte Wirkung des Flip-Flops 466 und des Zählers führt zur Erzeugung eines 13 msec. Impulses vom Q-Ausgang des Flip-flops 466 jedesmal dann wenn der Kombinationszähler 352 in der Parametereingangsschaltung um zehn nach oben oder um zehn nach unten zählt. Der 13 msec. Impuls setzt ein NAND Glied 470 in Bereitschaft, sperrt jedoch das NOR Glied 462. Es läßt sich erkennen, daß das NAND Glied 470 mit dem 1250 Hz Taktimpulsen vom Zähler 442 beschickt wird. Demzufolge wird während des 13 msec. Intervalls, der durch den Q-Ausgangsimpuls des Flip-Flops 466 definiert ist, ein 1250 Hz Tonsignal durch das NAND Glied 470 zum Verstärker 4 38 durchgelsassen, während jedoch der
Durchgang irgendwelcher 312 Hz Signalimpulse durch das NOR Glied 462 zum Verstärker 438 blockiert wird. Der Lautsprecher 432 erzeugt dann einen 1250 Hz Tonimpuls oder ein "click"-Tonsignal. Das "click"-Tonsignal ertönt immer dann, wenn der Kombinationszähler 352 der Parametereingangsschaltung aufwärts oder abwärts zählt, so daß also die Bedienungsperson des Reglers eine hörbare Bestätigung hinsichtlich des Zählbetriebes der Eingangsparameterschaltung erhält.
Der Regler nach der vorliegenden Erfindung verwendet die Beziehung zwischen Spannung, Strom und Widerstand in einem elektrischen Leiter, um eine Betriebsfolge für die Regulierung des Stromflusses von einer Stromquelle durch ein Widerstands-Heizelement aufzubauen. Speziell wird der Widerstandswert des Widerstands-Heizelements bei einer gewünschten Heizelement-Temperatur berechnet und wird als ein Zielverhältnis zum Vergleichen des Spannungsabfalls über dem Widerstands-Heizelement mit dem Stromfluß durch das Widerstands-Heizelement verwendet. Auf diese Weise läßt sich das Widerstands-Heizelement sehr genau auf die gewünschte Temperatur regeln und der Regler nach der vorliegenden Erfindung hat somit eine breite Anwendungsmöglichkeit auf vielen Gebieten, bei denen eine sehr präzise Temperaturregelung vorteilhaft ist.
Der Gegenstand der Erfindung wurde anhand von verschiedenen bevorzugten Ausführungsbeispielen erläutert. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß eine Reihe von Abwandlungen und Änderungen der Reglerausführungen, wie sie hier erläutert wurden, von einem Fachmann ohne weiteres vorgenommen werden können, ohne dadurch den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Claims (31)

  1. HOFFMANN · EITLE & PARTNER
    (J** PATENTANWÄLTE
    DR. ING. E. HOFFMANN (1930-1976) . DTPL.-ING. W. EITLE · DR.RER. NAT. K.HOFFMAN N · DIPl.-ING. W. LEHN
    DIPL.-ING. K.FOCHSLE · DR. RER. NAT. B. HANSEN ARABELLASTRASSE 4 . D-8000 MO NCH EN 81 ■ TELEFON (089) 911087 . TELEX 05-29019 (PATHE)
    37 417
    OXIMETRIX, Inc., Mountain View, Calif. /USA
    Regler für ein Widerstands-Heizelemeηt
    PATENTANSPRÜCHE :
    Gerät zur Steuerung des Stromflusses von einer Stromquelle zu einem Widerstands-Heizelement, derart, daß das Widerstands-Heizelement auf eine vorbestimmte Temperatur aufgeheizt wird,
    dadurch gekennzeichnet, daß eine
    Spannungsmeßeinrichtung vorgesehen ist, um die Größe des Spannungsabfalls über dem Widerstands-Heizelement zu messen und um ein spannungs-repräsentatives Signal mit einem Wert zu erzeugen, welcher der Größe des gemessenen Spannungsabfalls entspricht, daß weiter eine Strommeßeinrichtung vorgesehen ist, um die Größe des durch das Widerstands-Heizelement fließenden Stromes zu messen und um ein strom-repräsentatives Signal mit einem Wert zu erzeugen, der der Größe des gemessenen Stromes entspricht, daß weiter eine Widerstands-Berechnungseinrichtung vorgesehen ist, um ein berechnetes Widerstandssignal mit einem Wert zu erzeugen, der dem
    vorausgesagten Widerstandswert des Widerstands-Heizelements bei der vorbestimmten Temperatur entspricht, ferner eine Verhältnis-Vergleichsschaltung so angeschaltet ist, daß sie das spannungs-repräsentative Signal, das strom-repräsentative Signal und das berechnete Widerstandswert-Signal erhält, um ein Steuersignal mit einem Wert zu erzeugen, der der Differenz zwischen dem Wert des spannungs-repräsentativen Signals und dem Produkt aus den Werten des strom-repräsentativen Signals und des berechneten Widerstands-Signals entspricht, und daß eine Reglereinrichtung so angeschaltet ist, daß sie das Steuersignal empfängt, um den Stromfluß zwischen der Stromquelle und dem Widerstands-Heizelement abhängig vom Wert des Steuersignals zu regeln.
  2. 2. Gerät nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet , daß das Widerstands-Heizelement von der Umgebungstemperatur aus auf eine vorbestimmte Temperatur aufgeheizt wird und daß die Widerstandsberechnungseinrichtung eine Eicheinrichtung, enthält, um ein erstes Signal mit einem Wert zu erzeugen, der dem Widerstandswert des Widerstands-Heizelements bei Umgebungstemperatur entspricht, daß die Berechnungseinrichtung eine Temperaturparametereinrichtung enthält, um ein zweites Signal mit einem Wert zu erzeugen, der einem Temperaturparameter entspricht, welcher sich als Funktion der vorbestimmten Temperatur ändert.
  3. 3. Gerät nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet , daß die Verhältnisvergleichsschaltung eine Multiplizierschaltung
    enthält, um jeweils das strom-repräsentative Signal mit dem ersten und zweiten Signal zu multiplizieren, um dadurch ein Produkt!signal zu erhalten, welches dem Produkt aus den Werten des strom-repräsentativen Signals und dem berechneten Widerstandssignal entspricht.
  4. 4. Gerät nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet , daß die Multiplizierschaltung wenigstens einen Digital/Analogwandler enthält.
  5. 5. Gerät nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet , daß die Mulitplizierschaltung einen ersten Digital/Analogwandler enthält, der sowohl das strom-repräsentative Signal als auch das erste Signal empfängt, und daß dieser erste Digital/Analogwandler danach eine Ausgangsgröße mit einem Wert erzeugt, die den Wert des strom-repräsentativen Signals multipliziert mit dem ersten Signal wiedergibt, daß weiter die Multiplizierschaltung einen Verstärker enthält, der mit einem zweiten Digital/Analogwandler verbunden ist, der sowohl das Ausgangssignal vom ersten Digital/Analogwandler als auch das zweite Signal empfängt, und daß der Verstärker und der zweite Digital/Analogwandler danach das Produktsignal erzeugen.
  6. 6. Gerät nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet , daß die Verhältnisvergleichsschaltung einen Verstärker enthält, dessen einer Eingangsanschluß sowohl das spannungsrepräsentative Signal von der Spannungsmeßeinrichtung als auch das Produktsignal von der Multiplizierschaltung empfängt.
  7. 7. Gerät zum Steuern des Stromflusses von einer Stromquelle durch wenigstens ein Widerstands-Heizelement, derart, daß das Widerstands-Heizelement auf eine vorbestimmte Temperatur aufgeheizt wird, dadurch gekennzeichnet , daß eine Spannungsmeßeinrichtung zur Messung der Größe des Spannungsabfalls über dem Widerstands-Heizelement und zum Erzeugen eines spannungs-repräsentativen Signals mit einem Wert, der der Größe des gemessenen Spannungsabfalls entspricht, vorgesehen ist, daß weiter eine Strommeßschaltung zur Messung der Größe des durch das Widerstands-Heizelement fließenden Stromes vorgesehen ist und ein strom-repräsentatives Signal mit einem Wert erzeugt, dessen Größe dem gemessenen Strom entspricht, daß eine Widerstandsberechnungsschaltung zum Erzeugen eines berechneten Widerstandssignals mit einem Wert vorgesehen ist, der dem vorausgesagten Widerstandswert des Widerstands-Heizelements bei der vorbestimmten Temperatur entspricht, daß eine Verhältnisvergleichsschaltung so angeschaltet ist, daß sie das spannungsreprässntative Signal, das strom-repräsentative Signal und das berechnete Widerstandssignal empfängt, um ein Produktsignal mit einem Wert zu erzeugen, der das Produkt aus den Werten des strom-repräsentativen Signals und des berechneten Widerstandssignals wiedergibt, und um ein Steuersignal mit einem Wert zu erzeugen, der sich als Funktion der Differenz zwischen dem Wert des spannungs-repräsentativen Signals und dem Wert des Produktsignals ändert, und daß eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, die das Steuersignal empfängt, um den Stromfluß zwischen der Stromquelle und dem Widerstands-Heizelement abhängig von dem Wert des Steuersignals zu steuern.
    OLoI οο
  8. 8. Gerät nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet , daß die Verhältnisvergleichsschaltung einen Steuerverstärker enthält, der das spannungs-repräsentative Signal und das Produktsignal empfängt und der dann das Steuersignal erzeugt.
  9. 9. Gerät nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet , daß der Steuerverstärker einen Differenzverstärker umfaßt, dessen einer Eingangsanschluß sowohl das spannungs-repräsentative Signal als auch das Produktsignal empfängt.
  10. 10. Gerät nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet , daß das Widerstands-Heizelement von einer Umgebungstemperatur aus auf die vorbestimmte Temperatur aufgeheizt wird und daß die Widerstandsberechnungseinrichtung eine Eicheinrichtung enthält, um ein der Umgebungstemperatur entsprechendes Widerstandssignal während einer Eichfolge zu erzeugen, wobei das Umgebungstemperatur-Wider Standssignal einen Wert hat, der dem Widerstandswert des Widerstands-Heizelements bei Umgebungstemperatur entspricht, daß weiter die Berechnungseinrichtung eine Temperaturparametereinrichtung enthält, um ein Temperaturparametersignal mit einem Wert zu erzeugen, der einem Temperaturparameter entspricht, der sich als Funktion der vorbestimmten Temperatur ändert.
  11. 11. Gerät nach Anspruch 10,
    dadurch gekennzeichnet , daß eine Parametereingangseinrichtung vorgesehen ist, um den Wert der vorbestimmten Temperatur in die Temperaturparametereinrichtung einzuprogrammieren.
  12. 12. Gerät nach Anspruch 10/
    dadurch gekennzeichnet , daß die Verhältnisvergleichsschaltung eine Multiplizierschaltung umfaßt, um jeweils das strom-repräsentative Signal mit dem Umgebungstemperaturwiderstandssignal und dem Temperatur-Parametersignal zu multiplizieren, um das Produktsignal zu erhalten.
  13. 13. Gerät nach Anspruch 12,
    dadurch gekennzeichnet , daß die Multiplizierschaltung eine erste Verstärkerschaltung mit variabler Verstärkung enthält, welche des strom-repräsentative Signal mit dem Umgebungstemperatur-Widerstandssignal multipliziert, um ein Ausgangssignal zu erhalten, daß weiter die Multiplizierschaltung eine zweite Verstärkerschaltung mit variabler Verstärkung enthält, die das Ausgangssignal der ersten Verstärkerschaltung mit variabler Verstärkung mit dem Temperatur-Parametersignal multipliziert, um das Produktsignal zu erhalten.
  14. 14. Gerät nach Anspruch 13,
    dadurch gekennzeichnet , daß die erste Verstärkerschaltung mit variabler Verstärkung einen Digital/Analogwandler enthält, der sowohl das stromrepräsentative Signal als auch das Umgebungstemperatur-Widerstandssignal empfängt, wobei der erste Digital/ Analogwandler danach das Ausgangssignal erzeugt.
  15. 15. Gerät nach Anspruch 13,
    dadurch gekenn ze i ahnet , daß die zweite Verstärkerschaltung mit variabler Verstärkung einen Verstärker mit einem Digital/Analaogwandler enthält,
    3232SG1
    der an den Eingang des Verstärkers geschaltet ist, daß der zweite Digital/Analogwandler so angeschaltet ist, daß er sowohl das Ausgangssignal der ersten Verstärkerschaltung mit variabler Verstärkung als auch das Temperatur-Parametersignal empfängt, und daß dieser Verstärker das Produktsignal erzeugt.
  16. 16. Gerät nach Anspruch 15,
    dadurch gekennzeichnet , daß die Eicheinrichtung eine Eichspannung-Versorgungsschaltung enthält, um ein erstes und ein zweites Bezugspotential vorzusehen, daß das erste Bezugspotential an den Eingang des Verstärkers anstelle des spannungs-repräsentativen Signals anlegbar ist, um den Wert des Steuersignals derart einzustellen, daß ein Meßstrom durch das Widerstands-Heizelement geschickt wird.
  17. 17. Gerät nach Anspruch 16,
    dadurch gekennzeichnet , daß die Eicheinrichtung eine Zählerschaltung enthält, welche die erste Verstärkerschaltung mit variabler Verstärkung mit einem progressiv zunehmenden Binärsignal versorgt, durch welches die Verstärkung der ersten Verstärkerschaltung mit variabler Verstärkung eingestellt wird, daß die Eicheinrichtung eine Vergleichsstufe enthält, die das zweite Bezugspotential von der Eichspannung-Versorgungsquelle empfängt und die das Ausgangssignal von der ersten Verstärkerschaltung mit variabler Verstärkung empfängt, um ein Haltesignal zu erzeugen, durch welches der Betrieb der Zählerschaltung angehalten wird, um den Wert des Binärsignals an der Stelle zu blockieren, welches in die erste Verstärkerschaltung mit variabler Verstärkung eingegeben wird, wenn
    3 2 3 ζ
    wenn das Ausgangssignal der ersten Verstärkerschaltung mit variabler Verstärkung dem zweiten Bezugspotential gleicht bzw. gleich ist.
  18. 18. Gerät nach Anspruch 10,
    dadurch gekennzeichnet, daß eine logische Schaltungsanordnung zum Einleiten der Eichfolge vorgesehen ist.
  19. 19. Gerät nach Anspruch 18/
    dadurch gekennzeichnet, daß die logische Schaltung einen Steigungs- oder Neigungsdetektor enthält, um die Steigung des strom-repräsentativen Signals zu messen, um dadurch sicherzustellen bzw, anzugeben, wann das Widerstands-Heizelement auf Umgebungstemperatur ist.
  20. 20. Gerät nach Anspruch 19,
    dadurch gekennzeichnet , daß die logisehe Schaltung eine logische Torsteuerschaltung umfaßt, die an den Steigungs-Detektor angeschaltet ist, um die Eichfolge einzuleiten, wenn das Widerstands-Heizelement auf Umgebungstemperatur liegt.
  21. 21. Gerät nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung, die das Steuersignal empfängt, wenigstens einen Transistor enthält.
  22. 22. Gerät nach Anspruch 21,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Stromquelle einen Transformator enthält, der eine gleichgerichtete Ausgangsgröße liefert und daß der genannte
    Transistor einen Kollektor aufweist, der die gleichgerichtete Ausgangsgröße des Transformators empfängt.
  23. 23. Gerät nach Anspruch 22,
    dadurch gekennzeichnet , daß das Steuersignal der Basis des Transistors zugeführt ist.
  24. 24. Gerät nach Anspruch 7 r
    dadurch gekennzeichnet , daß eine Grenzwertmeßeinrichtung vorgesehen ist, um festzustellen, wann der Widerstandswert des Widerstands-Heizelements vorbestimmte Grenzwerte überschreitet.
  25. 25. Gerät nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet , daß ein Strom/ Spannungswandler zwischen die Strommeßeinrichtung und die Verhältnisvergleichsschaltung eingeschaltet ist.
  26. 26. Verfahren zum Steuern des Stromflusses von einer Stromquelle durch ein Widerstands-Heizelement, derart, daß das Widerstands-Heizelement auf eine vorbestimmte Temperatur aufgeheizt wird,
    dadurch gekennzeichnet , daß
    a) ein spannungs-reprüsentatives Signal mit einem
    Wert erzeugt wird, welcher der Größe des Spannungsabfalls über dem Widerstands-Heizelement entspricht;
    b) ein strom-repräsentatives Signal mit einem Wert erzeugt wird, der der Größe des durch das Widerstands-Heizelement fließenden Stromes entspricht;
    c) ein berechnetes Widerstandssignal mit einem Wert
    i Γ.·'.: :·'..:.XV· 3232631
    erzeugt wird, der dem vorausgesagten Widerstandswert des Widerstands-Heizelements bei der vorbestimmten Temperatur entspricht;
    d) das spannungs-repräaentative Signal, das stromreprösentative Signal, das berechnete Widerstandssignal zur Erzeugung eines Steuersignals mit einem Wert kombiniert werden, der der Differenz zwischen dem Wert des spannungs-repräsentativen Siqnals und dem Produkt aus den Werten des strom-repr rsentati-
    ven Signals und dem berechneten Widerstandssignal entspricht; und
    e) der Stromfluß zwischen der Stromquelle und dem Widerstands-Heizelement abhängig von dem Wert des
    Steuersignals geregelt bzw. eingestellt wird.
  27. 27. Verfahren nach Anspruch 28,
    dadurch gekennzeichnet , daß beim Kombinieren des spannungs-repräsentativen Signals, des strom-repräsentativen Signals und des berechneten Widerstandssignals weiter der Wert von IxR,. berechnet wird, wobei I der Wert des strom-repräsentativen Signals und Rj1Ot- der Wert des berechneten Widerstandssignals ist.
  28. 28. Verfahren nach Anspruch 27,
    dadurch gekennzeichnet , daß zur Kombination des spannungs-repräsentativen Signals, des strom-repräsentativen Signals und des berechneten Widerstandssignals weiterhin der Wert des Steuersignals solange eingestellt wird, bis V=Ix Rhot ist, wobei V der Wert des spannungs-repräsentativen Signals ist.
    3232651
  29. 29. Verfahren nach Anspruch 26,
    dadurch gekennzeichnet , daß beim Kombinieren des spannungs-repräsentativen Signals, mit dem strom-repräsentativen Signal und dem berechneten Widerstandssignal der Wert des Steuersignals solange
    eingestellt wird, bis V/I = Rhot ist, worin V der Wert des spannungs-repräsentativen Signals, I der Wert des strom-repräsentativen Signals und R, der Wert des berechneten Widerstandssignals bedeuten. 10
  30. 30. Verfahren nach Anspruch 26,
    dadurch gekennzeichnet , daß das Widerstands-Heizelement von einer Umgebungstemperatur aus auf eine vorbestimmte Temperatur aufgeheizt wird und daß zum Erzeugen des berechneten Widerstandssignals der Wert des Widerstandes des Widerstands-Heizelements bei Umgebungstemperatur berechnet wird.
  31. 31. Verfahren nach Anspruch 30,
    dadurch gekennzeichnet, daß zum Erzeugen des berechneten Widerstandssignals ferner der Wert von Rhot = R amfc, C + 01^T) ermittelt wird, worin Rhot der Wert des berechneten Widerstandssignals ist, ein Temperaturkoeffizient ist, dessen Wert von der Zusammensetzung des Widerstands-Heizelements abhängig ist, und Δ T gleich ist der Differenz zwischen T, . und 22° C.
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