DE3304023A1

DE3304023A1 - Kreiseinrichtung zur temperaturregelung eines elektrischen heizelementes

Info

Publication number: DE3304023A1
Application number: DE19833304023
Authority: DE
Inventors: Vilgot 67041 Koppom Ahs
Original assignee: Tocksfors Verkstads AB
Current assignee: Tocksfors Verkstads AB
Priority date: 1982-02-08
Filing date: 1983-02-07
Publication date: 1983-08-11
Also published as: SE8200711L; SE442079B; JPH0239806B2; US4546238A; JPS58189714A

Description

Kreiseinrichtung zur Temperaturregelung eines elektrischen Heizelementes

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kreiseinrichtung zur Regelung der Temperatur eines elektrischen Heizelementes gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Bei einer zur Temperaturregelung eines Heizelementes allgemein vorkommenden Methode wird ein Temperaturabfuhlglied angewendet, das neben dem Heizelement sitzt und dieses je nach der abgefühlten Temperatur steuert. Es ist bekannt, zwecks Erzielung größerer Regelgenauigkeit das Temperaturabfuhlglied wegzulassen und anstelle de.isen die Temperatur* des Heizelementes indirekt durch Abfühlen des temperaturabhängigen Widerstandes des Elementes zu messen. Siehe z.B. die US-PS 3 924 102. Bei dieser bekannten Vorrichtung wird in einem Stromfühler ein vom Widerstand des Elementes abhängiges Istwertsignal gebildet, das zu einem Vergleichskreis gespeist wird, wo es mit einem Sollwertsignal verglichen wird.

Wenn vorausgesetzt wird, daß das Heizelement einen positiven Temperaturkoeffisienten hat. bewirkt steigende Temperatur Verminderung des Istwerts.ignales„ Wenn die Ist- und Sollwertsignale gleichgroß sind, wird die Stromspeisung zum Heizelement unterbrochen. Das Istwertsignal kommt hierbei ganz in Fortfall, was bedeutet, daß die Kreiseinrichtung in diesem ausgeschalteten Zustand verriegelt wird, v/enn keine Maßnahme zur Wiedereinschaltung getroffen wird. In der bekannten Kreiseinrichtung befindet sich ein Kreis, der periodisch Stichprobenpulse abgibt, die für kurze Dauer die Speisequelle zum Heizelement anschließen. Wenn die Temperatur hierbei genügend stark ror.unkon i:;t, bleibt

die Speisung eingeschaltet, und der obige Verlauf wird wiederholt. Sonst hört die Speisung bei Aufhören des Stichprobenpulses auf.

Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, die Kreiseinrichtung dadurch zu vereinfachen, daß die Notwendigkeit von Stichprobenpulsen entfällt, und gleichzeitig eine genauere Regelung zu ermöglichen, als sie bei Anwendung von nur zu gewissen bestimmten Zeitpunkten auftretenden Stichprobenpulsen möglich ist.

Erfindungsgemäß werden die genannten Aufgaben dadurch gelöst, daß der Kreisoinrichtung die in den Patentansprüchen definierten Kennzeichen gegeben wurden.

Besonders günstige Ausführungsformen gehen aus den Ansprüchen 2~H hervor.

Zusätzlich zu den bereits genannten, mit der kontinuierlichen Temperaturüberwachung verknüpften Vorteilen wird mit der Erfindung außerdem bewirkt, daß infolge der Anwendung von zwei voneinander unabhängigen Referenzniveaus, nämlich einem für Einschaltung und einem für Ausschaltung, die Ein-Aus-Hysterese der Kreiseinrichtung wahlfrei einstellbar ist.

Die Erfindung wird nachstehend in Form eines Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher beschrieben, eeren einzige Figur der Schaltplan für eine Regeleinrichtung gemäß der Erfindung ist.

Ein Heizelement 10 in Form eines Widerstandsdrahtes wird von einer Spannungsquelle (+U, 0) über den Arbeitskontakt 14 eines Relais 12 gespeist. Kin niedrigohmiger Widerstand liegt in Reihe mit dem Heizelement 10, um eine Spannung U₁ proportional zum Speisestrom zu bilden, die über einen Widerstand 18 zu einem Eingang eines Differentialverstärkers 20 gespeist wird. Dem anderen Eingang des Differentialver-

stärkers wird eine manuell einstellbare Referenzspannung Up von einem Potentiometer 22 zugeführt, der in Reihe mit einem Widerstand 2k an die Speisespannung angeschlossen ist.

Der Arbeitskontakt Ik des Relais 12 ist parallel mit einem Widerstand 26 geschaltet, dessen Widerstand so gewählt ist, daß durch ein Heizelement 10 ein geeigneter Ruhestrom fließt, wenn das Relais 12 entaktiviert ist. Dieser Ruhestrom gibt im Kupplungspunkt 28 Anlaß zu einer Spannung U^,, die über einen Widerstand 30 einem Eingang eines zweiten Differentialverstärkers 32 zugeführt wird. Ein über einen Widerstand 36 an die Speisespannung angeschlossenes Potentiometer J>k gibt eine manuell einstellbare Referenzspannung U^ ab, die zum anderen Eingang des Differentialverstärkers 32 gespeist wird.

Die Ausgänge der Differential verstärker ,VO und 32 sind über jeweils einen Widerstand yH, 'tu mit der Basis eines Schalttransistors 42 verbunden, der in Reihe mit dem Relais 12 geschaltet ist. Eine Schutzdiode kk ist auf bekannte Weise über den Transistor k2 geschaltet, um diesen vor Rückspannungen zu schützen.

Der Widerstand 16 dient lediglich dazu, eine Spannung U. proportional zum Strom zu geben, und hat, verglichen mit dem Widerstand des Heizelementes 10, einen sehr niedrigen Widerstand (z.B. ein oder einige Zehntel Ohm), um nicht unnötigen Effekt zu verbrauchen, und um, verglichen mit dem Element 10, eine vernachlässigbare Einwirkung auf die Spannung U, zu haben.

Die Kreiseinrichtung arbeitet wie folgt. Es wird einleitend angenommen, daß die Stromspeisung abgesperrt war, und das Heizelement 10 folglich kalt ist. Der Spannungsabfall über dem Heizelement, dessen Widerstand positiven Temperaturkoeffizienten hat, ist deshalb relativ gering, was bedeutet, daß die Spannung U, im Punkt 28 kleiner als die

Referenzspannung Uj. ist. Das Ausgangssignal vom Differentialverstärker 32 ist somit hoch und bringt den Transistor 42 in Leitzustand, was seinerseits Einschaltung des Relais 12 bewirkt. Hierbei wird der Kontakt 14 geschlossen, so daß der Widerstand 26 überbrückt wird, und ein kräftiger Heizstrom durch das Heizelement zu fließen beginnt. Der Punkt 28 nimmt hierbei zwar ein hohes Potential an, so daß das Ausgangssignal des Verstärkers 32 niedrig geht, aber der Transistor 42 wird nun vom Differentialverstärker 20 leitend gehalten, dessen Ausgangssignal hoch ist, weil der Spannungsabfall U über den Widerstand l6 größer ist als die Referenzspannung Up.

Mit steigender Temperatur des Heizelementes 10 nimmt jedoch die Spannung U. ab und wird allmählich kleiner als die Referenzspannung U₂, wobei das Ausgangssignal des DifferentLaiverstärkers 20 niedrig wird, so daß der Transistor 42 gedrosselt wird und dadurch das Relais 12 entaktiviert. Hierbei wird der Arbeit:;kontakt 14 geöffnet, so daß das Heizelement 10 wieder nur von einem schwachen Ruhestrom durchflossen wird, der vom Widerstand 26 abgegeben wird. Die Temperatur des Elementes Iu fällt wieder, wobei die Spannung U, geringer wird. Wenn U₇. < Un, veranlaßt der Differential verstärker 32 den Transistor >\2 wieder zum Einschalten, wobei der vorstehend beschriebene Verlauf erneut startet.

Die Erfindung i;;t speziell für Anwendung im Zusammenhang mit elektrisch geheizten Autositzen gedacht, kann aber natürlich in allen Zusammenhängen Anwendung finden, in denen eine genaue Temperaturregelung eines elektrischen Heizelementes gewünscht wird.

Die vorstehend beschriebene und in der Zeichnung dargestellte Schaltung ist lediglich als ein Beispiel einer Verwirklichung der Erfindung anzusehen. Ks ist offensichtlich, daß innerhalb des in den Patentansprüchen definierten Rahmens viele Abänderungen möglich sind. Das Relais z.B. kann durch ein geeig-

netes Halbleiterelement zum Kin- und Ausschalten des Heizstromes ersetzt werden. l'Vrner können die meisten der Krexskomponenten zu einem gemeinsamen integrierten Kreis zusammengefaßt werden.

Der Patentanwalt

Leerseite

Claims

Töcksfors Verkstads AB ί,,ΐν. ."-,-- ■ [\ Postfach 5 i-'ii-i. :i.. .··-...; ' κ

S-670 10 TÖCKSFORS .-,.,,..'Λ. ! _;: . A ■',.,„, 7. Februar 1983 Schweden '^X"^;""^J ■'■··--■·-·■ •■••"i"-''· ; <£

Patentansprüche

Kreiseinrichtung zur Regelung der Temperatur eines elektrischen Heizelementes (10), die folgendes einschließt: ein Schaltglied (12) zur Ein- und Ausschaltung im wesentlichen der ganzen Spannung einer Stromquelle über das Heizelement,

erste Mittel (16) zur Herleitung eines orsten Signales (U₁) proportional zu dem das Heizelement durchfließenden Strom,

zweite Mittel (26) zur Speisung eines schwachen, alS Meßstrom dienenden Ruhestromes durch das Heizelement (10), wenn sich das Schaltglied (12) in Ausschaltstellung befindet, und zur Bildung eines zweiten Signales (U,), das im wesentlichen proportional zu der vom Meßstrom erzeugten Spannung über dem Heizelement ist,

dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung folgendes umfaßt:

dritte Mittel (22,2*0 zur Erzeugung eines ersten, von der Elementtemperatur unabhängigen Referenzoignales (Up), das der gewünschten Höchsttemperatur deö Heizelementes entspricht,

vierte Mittel (3*},36) zur Erzeugung eines zweiten, von der Elementtemperatur unabhängigen Referenzsignales (U^), das der gewünschten Mindesttemperatur des Heizelementes entspricht,

einen ersten Vergleichskreis (20) zum Vergleich des ersten Signales (U₁) mit dem ersten Referenzsignal (U₂) und zur Abgabe eines Ausgangssignales zur Betätigung des Schaltergliedes (12) in die Ausschaltstellung, wenn das erste Signal (U") kleiner ist als das erste Referenzsignal (Up), und einen zweiten Vergleichskreis (32) zum Vergleich des zweiten Signales (U.,) mit dem zweiten Referenzsignal (U_;j) und zur Abgabe eines Ausgangssignales zur Einschaltung des Schaltergliedes (12), wenn das zweite Sign-il (U.,) kleiner ist air. das zweite Referenr.n i r.nal (U,. ).
2. Kreiseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten zweiten Mittel einen mit dem Schaltglied (12) parallelgeschalteten Widerstand (26) einschließen.
3. Kreiseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Vergleichskreise je einen Differentialverstärker (20 bzw. 32) einschließen, deren Ausgänge mit einem gemeinsamen Steuertransistor (42) für das Schaltglied verbunden sind.
4. Kreiseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten vierten Mittel eine von der Stromquelle gespeiste Potentiometerkschaltung (3*0 für verstellbare Ein-Aus-Hysterese einschließen, und das zweite Referenzsignal (U.) aus der Ausgangsspannunf der Potentiometerschaltung besteht.