DE4130513C2 - Temperaturregler - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Temperaturregler, insbesondere für einen Luftmassenstrommesser im Luftansaugkanal einer Verbren­ nungskraftmaschine, zum Erzielen einer konstanten Übertem­ peratur eines Heizwiderstandes, mit einer ohmschen Brücken­ schaltung, in deren einem Brückenzweig ein die Umgebungs­ temperatur erfassender hochohmiger Meßwiderstand und in deren anderem Brückenzweig der Heizwiderstand angeordnet sind, wobei der Meßwiderstand und der Heizwiderstand gleichartig tempera­ turabhängig veränderliche Widerstandswerte haben und wobei die den Brückennullzweig bildenden Mittelabgriffe der beiden Brückenzweige mit dem positiven und dem negativen Eingang eines Operationsverstärkers verbunden sind, der in Abhängigkeit von der Spannungsdifferenz im Brückennullzweig einen Stelltran­ sistor in der Gleichstromversorgungsleitung der Brückenschalt­ ung im Sinne einer konstanten Übertemperatur des Heizwider­ stands ansteuert.

Es ist bekannt, bei Einrichtungen der genannten Art an den Ausgang des Operationsverstärkers einen Treibertransistor mit einem Kondensator zur Frequenzkompensation anzuschließen. Der Treibertransistor ist seinerseits mit der Basis des Stell­ transistors verbunden, um diesen bedarfsabhängig anzusteuern. Eine solche Ausbildung ergibt zwar einen erwünschten kleinen Spannungsabfall am Stelltransistor, erfordert jedoch die zu­ sätzlichen Bauteile des Treibertransistors und des Kondensa­ tors.

Bei weiteren Einrichtungen der genannten Art gemäß der GB 21 77 212 A und der DE 38 18 385 C2 ist der Ausgang des Operations­ verstärkers direkt mit der Basis eines als npn-Transistor aus­ gebildeten Stelltransistors verbunden. Hierdurch entfällt zwar ein zusätzlicher Treibertransistor, doch ergibt sich hierbei ein für viele Anwendungsfälle viel zu großer Spannungsabfall am Stelltransistor. Der Spannungsabfall am Stelltransistor allein beträgt ca. 0,6 V. Da der Operationsverstärker den Basisstrom für den Stelltransistor liefern muß, entsteht im Verstärker ein Spannungsabfall, der die Basisspannung verringert. Mit ge­ bräuchlichen Elementen können nicht weniger als 2 V erreicht werden. Entsprechendes gilt auch für die bekannten Einrich­ tungen gemäß der DE 39 06 344 A1 und der DE 38 41 249 A1.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der genannten Art zu schaffen, bei der einerseits ein geringer Bauteileaufwand besteht und bei der andererseits der Spannungsabfall am Stelltransistor minimal gehalten wird.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird bei einer Einrichtung der genannten Art erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der Aus­ gang des Operationsverstärkers mit einem Lastwiderstand verbun­ den ist und daß eine Steuerelektrode des Stelltransistors an den positiven Versorgungsanschluß des Operationsverstärkers an­ geschlossen ist, so daß dieser über die Steuerelektrode des Stelltransistors und über die Gleichstromversorgungsleitung der Brückenschaltung gespeist wird, wobei ein positives oder nega­ tives Abweichen des Heizwiderstandes von der konstanten Über­ temperatur zu einem negativen oder positiven Abweichen der Stromaufnahme am positiven Versorgungsanschluß des Operations­ verstärkers von dem Normalfall bei der vorherigen Brücken­ abstimmung und damit zum Nachregeln der Gleichstromversorgung der Brückenschaltung durch den Stelltransistor bis zur erneuten Brückenabstimmung führt.

Bei einer solchen Einrichtung kann auf einen zusätzlichen Trei­ ber und auf den Kondensator verzichtet werden. Durch die redu­ zierte Bauteileanzahl können die Kosten und die Störanfäl­ ligkeit vermindert werden. Außerdem lassen sich eine höhere Bandbreite und eine größere Störunterdrückung erzielen.

Gegenüber den beschriebenen Einrichtungen ohne Treibertran­ sistor und mit direkter Ansteuerung des Stelltransistors be­ steht der wesentliche Vorteil einer deutlichen Verkleinerung des Spannungsabfalls am Stelltransistor. Das ist besonders wichtig für Kraftfahrzeug-Anwendungen, damit nach dem Anlassen des Verbrennungsmotors, also bereits in der Startphase mit einer noch kleinen Batteriespannung, eine schnelle Betriebs­ bereitschaft vorliegt und der Sensor eine genaue Messung ermög­ licht. Bis der Heizwiderstand seine Betriebstemperatur erreicht hat, muß der Stelltransistor möglichst verlustfrei durchschal­ ten.

Die bevorzugten Weiterbildungen der Ansprüche 2 und 3 führen durch die gewollte minimale Brückenverstimmung dazu, daß beim Einschalten ein Betriebszustand der Regelschaltung vermieden wird, bei dem die Ein- und Ausgangsspannungen Null betragen. Vielmehr wird durch die Verstimmung erzwungen, daß sich als Betriebszustand der normale Regelfall einstellt.

Die Weiterbildungen der Ansprüche 4 und 5 beinhalten zweck­ mäßige Ausführungsformen.

Die Erfindung wird nachfolgend an einem zeichnerisch darge­ stellten Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Gemäß der einzigen Figur weist eine Brückenschaltung in einem Brückenzweig einen hochohmigen, ohmschen, temperaturabhängig veränderlichen und nur die Umgebungstemperatur erfassenden Meßwiderstand R1 in Reihe zu zwei ohmschen Widerständen R3 und R4 auf. Im zweiten Brückenzweig befindet sich ein tempe­ raturabhängig veränderlicher, ohmscher Heizwiderstand R2 in Reihe zu einem ohmschen Widerstand R5. Die Widerstände R1 und R2 haben positive Temperaturkoeffizienten und eine möglichst übereinstimmende Temperaturabhängigkeit. Die Brücke wird von einer Versorgungsspannungsquelle Vcc über einen Stelltransistor TR gespeist und ist wie die Quelle einseitig an die elektrische Masse angeschlossen. Die Mittelabgriffe zwischen den Wider­ ständen R3, R4 einerseits und R2, R5 andererseits gehören zum Brückennullzweig und sind mit dem negativen Eingang 12 bzw. dem positiven Eingang 14 eines Operationsverstärkers 10 verbunden.

Der Ausgang 16 des Operationsverstärkers 10 führt über einen ohmschen Lastwiderstand R7 zur Masse. Er ist also nicht wie bei herkömmlichen Einrichtungen dieser Art mit einem Treiber verbunden, der seinerseits auf den Stelltransistor TR einwirkt. Vielmehr ist der positive Versorgungsanschluß 20 des Opera­ tionsverstärkers 10 nicht wie bisher üblich mit der Versor­ gungsspannungsquelle Vcc verbunden, sondern direkt an eine Steuerelektrode 18 des pnp-Stelltransistors TR angeschlossen. Der negative Versorgungsanschluß 22 des Operationsverstärkers 10 ist mit Masse verbunden. Die Speisung des Operationsver­ stärkers 10 erfolgt somit über die Emitter-Basis-Strecke, der ein ohmscher Widerstand R8 parallelgeschaltet ist, des Stell­ transistors TR.

Es gibt an sich zwei stabile Betriebszustände des Temperatur­ reglers, nämlich denjenigen des normalen Regelfalls und den­ jenigen, bei dem die Ein- und Ausgangsspannungen Null betragen. Um beim Einschalten den zweiten Betriebszustand zu vermeiden, ist der positive Eingang 14 des Operationsverstärkers 10 über einen ohmschen Widerstand R6 mit einer die Schaltung gering­ fügig verstimmenden Referenzspannungsquelle U_Ref verbunden. Die Verstimmung kann sehr klein gewählt werden, so daß die Auswir­ kung auf die Genauigkeit des Temperaturreglers vernachlässigbar ist.

Wenn durch eine Störung die Temperatur des Heizwiderstands R2 absinkt, also auch sein Widerstandswert, steigt die Spannung am Eingang 14, so daß auch die Stromaufnahme über den Versorgungs­ anschluß 20 des den Lastwiderstand R7 speisenden Operations­ verstärkers 10 ansteigt. Dadurch wird der Stelltransistor TR weiter geöffnet, und der Strom durch R2 steigt an, bis ein neuer Gleichgewichtszustand erreicht ist, das heißt eine be­ stimmte konstante Übertemperatur von R2 gegenüber der Umge­ bungstemperatur.

Wenn dagegen durch eine Störung die Temperatur des Heizwider­ stands R2 ansteigt, also auch sein Widerstandswert, liegen umgekehrte Verhältnisse vor. Die Stromaufnahme des Operations­ verstärkers 10 über den Stelltransistor TR nimmt ab. Dadurch wird der letztere weiter geschlossen, so daß der Strom durch R2 bis zum Erreichen des neuen Gleichgewichtszustands abnimmt.

Auf diese Weise erfolgt die Regelung immer so, daß die Tempe­ raturdifferenz zwischen R2 und R1 konstant gehalten wird.

Mit dem Temperaturregler kann beispielsweise ein Luftmassen­ strommesser im Luftansaugkanal eines Verbrennungsmotors betrie­ ben werden, wobei das Heizglied des Luftmassenstrommessers dem Heizwiderstand R2 der Schaltung entspricht. Wenn dessen Über­ temperatur konstant gehalten wird, kann aus dem Heizstrom oder einer anderen hiermit verknüpften Größe auf die Größe des Luft­ stroms geschlossen werden.

Der Temperaturregler kann vielfältig abgewandelt werden. Bei­ spielsweise kann der Stelltransistor TR grundsätzlich auch mit dem negativen Versorgungsanschluß 22 des Operationsverstärkers 10 verbunden werden. Auch können die Widerstände R1 und R2 alternativ negative Temperaturkoeffizienten haben; dann müßten die Anschlüsse an den Eingängen 12, 14 vertauscht werden.

Claims (5)

1. Temperaturregler, insbesondere für einen Luftmassenstrom­ messer im Luftansaugkanal einer Verbrennungskraftmaschine, zum Erzielen einer konstanten Übertemperatur eines Heiz­ widerstandes, mit einer ohmschen Brückenschaltung, in deren einem Brückenzweig ein die Umgebungstemperatur erfassender hochohmiger Meßwiderstand und in deren anderem Brückenzweig der Heizwiderstand angeordnet sind, wobei der Meßwiderstand und der Heizwiderstand gleichartig temperaturabhängig ver­ änderliche Widerstandswerte haben und wobei die den Brückennullzweig bildenden Mittelabgriffe der beiden Brückenzweige mit dem positiven und dem negativen Eingang eines Operationsverstärkers verbunden sind, der in Abhän­ gigkeit von der Spannungsdifferenz im Brückennullzweig einen Stelltransistor in der Gleichstromversorgungsleitung der Brückenschaltung im Sinne einer konstanten Übertem­ peratur des Heizwiderstands ansteuert, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang (16) des Operationsverstärkers (10) mit einem Lastwiderstand (R7) verbunden ist und daß eine Steuerelektrode (18) des Stelltransistors (TR) an den posi­ tiven Versorgungsanschluß (20) des Operationsverstärkers (10) angeschlossen ist, so daß dieser über die Steuerelek­ trode (18) des Stelltransistors (TR) und über die Gleich­ stromversorgungsleitung der Brückenschaltung gespeist wird, wobei ein positives oder negatives Abweichen des Heizwi­ derstandes (R2) von der konstanten Übertemperatur zu einem negativen oder positiven Abweichen der Stromaufnahme am positiven Versorgungsanschluß (20) dem Operationsver­ stärkers (10) von dem Normalfall bei der vorherigen Brückenabstimmung und damit zum Nachregeln der Gleich­ stromversorgung der Brückenschaltung durch den Stelltran­ sistor (TR) bis zur erneuten Brückenabstimmung führt.

2. Temperaturregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Eingänge (14) des Operationsverstärkers (10) über einen ohmschen Widerstand (R6) mit einer die Brücke leicht verstimmenden Referenzspannungsquelle (U_Ref) verbunden ist.

3. Temperaturregler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der positive Eingang (14) des Operationsverstärkers (10) mit der Referenzspannungsquelle (U_Ref) verbunden ist.

4. Temperaturregler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Stelltransistor (TR) als pnp-Tran­ sistor ausgebildet ist und eine Speisung des Operations­ verstärkers (10) über die Emitter-Basis-Strecke des Stell­ transistors erfolgt.

5. Temperaturregler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Emitter-Basis-Strecke des Stelltransistors (TR) ein ohmscher Widerstand (R8) parallelgeschaltet ist.