JPH02109288A - 直流電流による抵抗加熱における超過温度保護用回路装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は直流電流による抵抗加熱における超過温度の
保護のための回」路装置に関するものである。

〔従来の技術］ 直流電流による抵抗加熱における超過塩１襄の保護のた
めの回路装置であって、第１の端子で基準電位に接続さ
れており、また第２の端子で第１の抵抗とスイッチ装置
および直流電圧源との直列回路に接続されている少なく
とも１つの温度依存性加熱抵抗と、この加熱抵抗が予め
定められた限界温度を上廻る際には加熱抵抗の温度が下
がるようにスイッチ装置を周期的に開き、また限界温度
をＦ廻る際にはスイッチ装置を連続的に閉しるように作
用する制御装置を後段に接続されている第１の比較回路
とを有する回路装置はヨーロッパ特許出願公開第０２０
９９６８号明細書に記載されている。

この公知の回路装置はディーゼルエンジンのヒータープ
ラグの過熱を回避するだめのものである。

温度に対する量としてこの公知の回路装置では、温度の
上昇、従ってまたヒータープラグの抵抗の増大と共に減
少する、ヒータープラグを通って流れる電流が利用され
る。作動電圧が固定して予め定められ°ζいれば、シャ
ント抵抗によりヒータープラグの温度が推定され得る。

ヒータープラグの温度がシャント抵抗およびヒータープ
ラグから成る直列回路への作動電圧の印加の後に予め定
められた限界値を上廻ると、連続的にヒータープラグを
通って流れる電流がスイッチオフされる。制御装置によ
り、ヒータープラグがパルス状にのめ電流を流されるよ
うにする。このことは限界温度以下へのヒータープラグ
の冷却に通ずる。続いて制御装置の使用のもとにヒータ
ープラグは再び、限界温度に達するまで連続的に電流を
流される。

しかし、公知の回路装置のようにシャン］・抵抗の使用
のもとに電流を測定し、またそれから温度を求める際に
は、なかんずくテ゛イーゼルコニンジンのヒータープラ
グが並列６二作動するときに困難を生し得る。すなわち
、このようなヒータープラグの内部抵抗は数１００ｍΩ
のオーダーにある。これらのヒータープラグの並列接続
はより小さい全抵抗に通ずる。その場合、特に導線の抵
抗および例えば接触抵抗が不都合なものとして表面化す
る。

ヒータープラグの溶断の際にも温度に関する測定結果を
誤認するおそれがある。すなわち１．ディーゼルエンジ
ンの燃焼室の温度、従ってまたヒータ−プラグの温度を
確実に求めることはシャント抵抗による電流測定によっ
ては制約下にのみ可能である。

直流電流による抵抗加熱における超過温度の保護のため
の別の回路装置はドイツ連邦共和国特許出願公開第２７
４３０５９号明細書に記載されている。

この場合、過熱抵抗の温度は固有の温度センサにより検
出される。加熱要素の温度の確実な測定値を得るために
加熱要素の付近に配置されなければならない固有の温度
センサの使用はその取り扱いが厄介である。

（発明が解決しようとする課題］ 本発明の課題は、冒頭に記載したｍ類の回路装置を、加
熱抵抗の確実な温度検出が簡単な手段により可能である
ように改良することである。

〔課題を解決するだめの手段〕

この課題は請求項１の特徴部分に記載されている手段に
よって解決される。

本発明の実施態様は請求項２以下にあげられている。

〔作用効果〕

本発明は、加熱抵抗がその電気抵抗の温度依存性を有す
るという原理に基づいている。電気抵抗のこの温度依存
性は加熱抵抗の瞬間的に生ずる温度に対する尺度として
利用され、従ってまた簡単な仕方で予め定められた限界
温度の監視のために使用され得る。加熱抵抗は本発明に
よれば直流電圧源により給電され、る。加熱抵抗の温度
の監視はＦ記のように行われる。

限界温度に達するかまたはこれを上形ると、加熱抵抗を
通る電流の流れは特定の時間ｔ１にわたりスイッチ装置
される。この時間の後に電流の液れは最小時間Ｌｏｎｉ
ｎにわたリスイソチオンされる。限界温度を引続き１：
廻っている場合には、新たに即時スイッチ装置が時間Ｌ
６にわたり行われる。それに対して限界温度を上形ると
、加熱抵抗は再び限界温度に到達するまで連続的に電流
を流される。

加熱抵抗の特性的な温度依存性は測定可能であり、また
例えば抵抗−温度ダイアダラムにグラフとして表示可能
である。このような抵抗−温度ダイアダラムが加熱抵抗
に対して求められると、生ずる各抵抗値に対してそれに
属する温度が推定され得る。こうして加熱抵抗の特性的
な温度依存性は既知として前提され、また加熱抵抗の温
度調節のための量として利用され得る。本発明による回
路装置は、温度依存性の加熱抵抗の温度が監視されなけ
ればならないところにはどこにでも使用され得る。例え
ば静止または流動流体が電気加熱抵抗により暖められ、
または迅速に加熱されると（例えばイマージョンヒータ
ーなど）、流体が存在しない場合には加熱抵抗の損傷に
通じ得る高い加熱電力が必要である。流体の不存在は例
えば流体の蒸発または流れの途切れにより惹起され得る
。

このような場合に本発明による回路装置による加熱抵抗
の自動保護は簡単な仕方で可能である。

〔実施例］ 以下、４つの図面により本発明を一層詳細に説明する。

第４図には加熱抵抗の抵抗−温度特性曲線Ｋが示されて
いる。この特性曲線から正の抵抗−温度特性、すなわち
温度′ｒのＦ昇と共に加熱抵抗の抵抗Ｒが増大すること
がわかる。このダイアダラム中で温度の動作範囲ＴＡは
それに属する抵抗の値範囲ＷＷにより定められている。

さらにダイアダラム中こは限界温度ＴＧとそれに属する
抵抗値ＷＧとが記入されている。加熱抵抗が限界温度′
ｒＧを一ト廻る際には加熱抵抗の損傷の危険がある。こ
の危険を避けるために、加熱抵抗は常に温度の動作範囲
′Ｉ″Ａ内で作動しなければならない。負の抵抗温度特
性を有する加熱抵抗も知られている。加熱抵抗に対して
抵抗−温度特性曲線Ｋが記録されれば、加熱抵抗の抵抗
値を知る際にそれに属する温度Ｔが既知として前提され
得る。

第１図には本発明による回路装置のブロック回路図が示
されている。その第１の端子１で基準電位に接続されて
いる加熱抵抗ＲＨはその第２の端子２で第１の抵抗Ｒ１
とスイッチ装置ＳＲとの直列回路を介して直流電圧ａ、
［Ｊ　ｍの正極に接続されている。加熱抵抗ＲＨおよび
第１の抵抗Ｒ１の直列回路に対して並列に第２の抵抗Ｒ
２および第３の抵抗Ｒ３の直列回路が抵抗ブリッジ回路
ＷＢのように接続されている。抵抗ブリッジ回路ＷＢの
出力端子、すなわち第１の抵抗Ｒ１と加熱抵抗Ｆ？Ｈと
の間の接続点ＰＩと第２の抵抗Ｒ２と第ご３の抵抗Ｒ３
との間の接続点Ｐ２とは第１の比較回路Ｖｌの入力端子
に接続されている。接続点Ｐ１は例えば比較回路ｖ１の
反転入力端である第１の入力端子３と接続されており、
他方接続点Ｐ２はこの場合には比較回路■１の非反転入
力端である第２の入力端子４と接続されている。それに
よって、加熱抵抗ＲＨにおける電圧降下は第１の比較回
路Ｖｌの第１の入力端子３に与えられ、他方第３の抵抗
Ｒ３における電圧降下は参照電圧として第１の比較回路
■１の第２の入力端子４に与えられている。第１の比較
回路■１の出力端子５は制御装置ＳＴと接続されている
。この制御装置ＳＴは、制御導線ＳＴＬを介してスイッ
チ装置ＳＲを連続的に閉じ、またはパルス状に開く作用
をする。スイッチ装置ＳＲがパルス状に開かれるか、連
続的に閉しられた状態にとどまるかは、第１の比較回路
■１の出力信号に関係している。

本発明の１つの実施例によれば、第２の抵抗１マ２と第
３の抵抗Ｒ３との抵抗比は限界温度’ｒ’ｃにおける第
１の抵抗Ｒ１と加熱抵抗ＲＨとの抵抗比に等しく選定さ
れている。加熱抵抗ＲＨで降下する電圧が第３の抵抗Ｒ
３で降Ｆする参照電圧よりも小さいならば、後段に接続
されている制御装置ＳＴを有する第１の比較回路■１の
出力信号により制御されて、スイッチ装置ＳＲは連続的
に閉じられた状態にとどまる。加熱抵抗ＲＨにおけるよ
り小さい電圧降下は、限界温度ＴＯにまだ到達しでない
ことを指示する。スイッチ装置ＳＲが閉じられたことに
より加熱抵抗ＲＨにおける温度はさらに上昇し得る。こ
の温度が限界温度ＴＧに到達すると、加熱抵抗ＲＨにお
ける電圧降下は抵抗Ｒ３における電圧降下よりも大きく
なる。それによって第１の比較回路■】の出力はその状
態を変化し、またスイッチ装置ＳＲは制御装置ＳＴを介
してパルス状にのみ閉しられる。

スイッチ装置ＳＲが閉じる時間はｔ、であり、他方スイ
ンチ装ＷＳＲは時間ｔ、にわたり開かれた状態にとどま
る。それにより加熱要素ＲＨの温度はもはや上昇し得な
い。スイッチ装ＷＳＲのパルス状駆動の結果として加熱
要素ＲＨの温度は再び限界温度ＴＧ以下に低下する。そ
の結果、第１の比較回路Ｖ１の入力端子３．４において
、加熱抵抗ＲＨに降下する電圧が接続点１）　２に与え
られている電圧以下に低下する。従って、第１の比較回
路■１の出力端５において制御装置ＳＴに、スイッチ装
置ＳＲが新たに限界温度ＴＧに到達するまで閉じられな
ければならないことが指示される。

制御装置ＳＴによるスイッチ装置ＳＲの駆動は制御導線
ＳＴＬを介して行われる。制御語ＷＳＴは接続線を介し
て直流電圧Ｕ、を供給される。

第１図による加熱抵抗ＲＨを駆動するための第２図中に
示されているパルスダイアダラムは本発明による回路装
置の作用の仕方を示す。第２図のグラフ表示の縦軸には
例えば、接続点Ｐ１に与えられている電圧［ＪＰｌが時
間ｔに関係して示されている。スイッチ装置ＳＲが閉じ
られている際にはＰｌに電圧ＵＰＩＩが与えられており
、それに対してスイッチ装置ＳＲが開かれている際には
電圧Ｏが与えられている。時点ｔ、までスイッチ装置Ｓ
Ｒが閉じられているので、加熱抵抗ＲＨは本発明により
温度−ト昇し得る。時点ｔｌ　では限界温度ＴＧに少な
くとも到達している。続いてスイッチ装置ＳＲは時点ｔ
２まで制御装置ＳＴにより開かれる。時間ｔ、にわたる
スイッチ装置ＳＲの短いスイッチオンは、限界温度ＴＧ
をまだ上廻っているか、既にこれを下廻っているかが比
較回路■１により確認され得るようにする。第２図中で
時点Ｌ２では限界温度ＴＧをまだ上廻っている。制御装
置ＳＴは時間Ｌ１にわたり新たにスイッチ装置ＳＲを開
く。時点ｔ３では限界温度ＴＧを下廻っている。第１の
比較回路Ｖ１および制御装置ＳＴによりスイッチ装置Ｓ
Ｒは、加熱抵抗ＲＨが再び限界温度′「Ｇに到達するま
で、閉じられるように、すなわち電流が加熱抵抗ＲＨを
通って流れ得るようにされる。時点しうでは限界温度′
ｒＧに到達しでおり、上記の過程が新たに繰り返され得
る。

第３図には、超過温度から加熱抵抗ＲＨを保護するため
の本発明による回路装置が詳細に示されている。第１図
中で既に知られている回路部分には同一の参照符号が付
されている。第１の比較回路ｖ１の第２の入力端子４に
ダイオードＤの負極端ｆが接続されており、その正極端
子は、第４の抵抗Ｒ４および第５の抵抗Ｒ５から成りま
た直流電圧源Ｕ、に接続されている分圧器と接続されて
いる。基準電位と第１の比較回路■１の第１の入力端子
３との間には第１のコンデンサＣＩが接続されている。

第６の抵抗Ｒ６が第１の入力端子３と第１の接続点Ｐ１
との間に配置されている。第７の抵抗Ｒ７が第２の入力
端子４と第２の接続点１〕２との間に接続されている。

制御製雪ＳＴは反転入力端６、非反転入力端７および出
力端子８を有する第２の比較回路■２を有する。反転入
力端６は、直流電圧源Ｕ、と基準電位との間に直列に接
続されている２つの抵抗Ｒ１０、Ｒ９の接続点と接続さ
れている。抵抗Ｒ８およびコンデンサＣ２から成る別の
分圧器が同じくこの電圧源Ｕ５とＪル準電位との間に接
続されている。

ごの分圧器の接続点は第２の比較回路■２の非反転入力
端７および第１の比較回路ｖ１の出力端７−５に接続さ
れている。コンデンサＣ２が出力端子５と基＄電位との
間に接続されている。第２の比較回路■２の出力端子８
はｎｐｎ　）ランジスタＴのヘース端子Ｂと、また抵抗
Ｒ］、　２を介して電圧源ＵＳの正極と接続されている
。ｎｐｎトランジスタＴのエミンタ端子巳は基準電位に
接続されており、またコレクタ端′−Ｆ−Ｃは別の抵抗
１ン１１の一方の端子に、またリレーのコイル巻線を介
して電圧源Ｕ、の正極に接続されている。抵抗Ｒ１１の
他方の端子は第２の比較回路■２の反転入力端子６と接
続されている。

第３図に示されている本発明による回路装置の設計の際
には、抵抗Ｒ６およびコンデンサＣＩがスイッチオン時
間り。を決定し、また直列に接続されているコンデンサ
Ｃ２を有する抵抗Ｒ８がスイソチオフ時間ｔ１を決定す
ることに留意しなければならない。従って、コンデンサ
Ｃ１のキャパシタンスをｎＦ範囲に、またコンデンサ−
Ｃ２のキャパシタンスをμＦ範囲に選定するごとは目的
乙こかなっζいる。第１の比較回路■１および第２の比
較面１８Ｖ２はオーブンコレクタ出力端を有する演算増
幅器である。電圧Ｕ５は電圧Ｕ、と同一であってもよい
。演算増幅器、すなわち第１の比較回路■１および第２
の比較回路■２の供給電圧Ｕ。

２は電圧Ｕｓならびに電圧ＵＳよりも大きくなければな
らない。加熱抵抗ＲＨと直列に接続されている抵抗Ｒ１
は加熱抵抗ＲＨに比較して低抵抗に選定されている。

第４図に示されている回路装置の作用の仕方は下記のと
おりである。スイッチ装置ＳＲ２すなわちここではリレ
ーが閉じられており、また限界温度ＴＧがまだ到達され
ていない間は、第１の比較回路■１の反転入力端に与え
られている電圧は非反転入力端に与えられている電圧よ
りも小さい。

抵抗Ｒ１が低抵抗に選定されていることにより、入力端
子３にほぼ電圧ＵＢが与えられており、また正極端子で
ほぼｔｌａ／２の電圧に接続されている（抵抗Ｒ５およ
びＲ６はほぼ等大に選定されている）ダイオードＤが導
通しないことが保証されている。従って、第１の比較回
路■１の出力端５は基準電位に関して開いている。こう
してコンデンサＣ２は抵抗Ｒ８を介して電圧Ｕｓに充電
し得る。第２の比較回路■２の入力端子６および７に与
えられている電圧は、出力端８が同しく開いているよう
にする。それによってトランジスタＴは導通し、またス
イッチ装置ＳＲのリレーはプルアンプされる。それによ
ってさらｔこ電流が加熱抵抗ＲＨを通って流れ、加熱抵
抗ＲＨはそれによってさらに温度上昇する。

いま限界温度ＴＧに到達すると、第１の比較回路■１の
出力端子が接地電位に引かれ、それにより第２のコンデ
ンサＣ２が急速に放電することができ、またそれによっ
て第２の比較回路ｖ２の出力端８も接地電位に引かれる
。；・ランジスタＴはスイッチオフし、またリレーは遮
断する。スイ・ン子装置ＳＲのリレーが遮断されている
際には、入力端子３に与えられている電圧は、入力端子
３にり、えられている電圧にくらべて非常に小さい。第
１の比較回路Ｖ１の入力端子４はダイオード１）を介し
て半電圧Ｕ、／２に保たれ、他方において入力端子３に
おける電圧はほぼ基準電位にある。こうして第１の比較
回路Ｖｌの出力端子５は再び開かれており、それにより
コンデンサＣ２が抵！にＲ８を介して充電し得る。第２
の比較回路ｖ２の入力端子６および７に与えられている
電圧がほぼ等大である時点に達すると、出力端８は再び
開き、またトランジスタＴはリレーを再びスイ・７千オ
ンし得る。それＱこよって最初の状態が再び到達する。

抵抗Ｒ１，１は負帰還効果を生し、それにより第２の比
較回路■２におけるスインチングヒス子すシスが現れ、
またこうして回路装置内の振動が阻止される。一般に、
時定数Ｒ８・Ｃ２４こより決定されるスイッチオン相の
間は、ずなわらスイッチ装置Ｓ　Ｒのリレーが開いてい
る間は、加熱抵抗（ぐ１（は再び冷却され、加熱抵１ｆ
ｊ　Ｒ１１は再び、限界温度ＴＧに到達するまで、電流
を流される。加熱抵抗ＲＨにおける温度がまだ限界温度
ｉ”　Ｇ以Ｉ・に低下していれば、短いスインチオンの
試みだけが時間も、にわたり行われ、その時定数は抵抗
１７６およびコンデンサＣ１により決定される。

本発明の範囲内でスイッチ装置Ｓｌで内の電磁スイッチ
の代わりに例えば半導体スイッチのような他のスイッチ
を設けることもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による回路装置のブロック回路し１、第
２図は第１図による加熱抵抗を駆動するためのパルスダ
イアダラム、第３図は加熱抵抗を超過温度から保護する
ための本発明による回路装置の回路図、第４図は加熱抵
抗の抵抗−温度ダイアダラムである。 ＲＨ・・・加熱抵抗 Ｓ　Ｒ・・・スイッチ装置 ｓ′ｒ・・・制御装置 ′ＦＡ・・・温度動作範囲 ＴＧ・・・限界温度 ｉ、、Ｊ、　、　Ｕ、・・・直流電圧源Ｕ　ＯＦ・・・
供給電圧源 Ｖｌ、■２・・・比較回路 ＷＢ・・・抵抗ブリンジ回路 １“Ｉ用Ｑ）代！□ｒ人？！３：；ｊ、１　　基材　澹
１．１ ｐ、　−，７

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）直流電流による抵抗加熱における超過温度の保護の
   ための回路装置であって、第１の端子（１）で基準電位
   に接続されており、また第２の端子（２）で第１の抵抗
   （Ｒ１）とスイッチ装置（ＳＲ）および直流電圧源（Ｕ
   ＿Ｂ）との直列回路に接続されている少なくとも１つの
   温度依存性加熱抵抗（ＲＨ）と、この加熱抵抗（ＲＨ）
   が予め定められた限界温度（ＴＧ）を上廻る際には加熱
   抵抗（ＲＨ）の温度が下がるようにスイッチ装置（ＳＲ
   ）を周期的に開き、また限界温度（ＴＧ）を下廻る際に
   はスイッチ装置（ＳＲ）を連続的に閉じるように作用す
   る制御装置（ＳＴ）を後段に接続されている第１の比較
   回路（Ｖ１）とを有する回路装置において、 加熱抵抗（ＲＨ）および第１の抵抗（Ｒ１）、の直列回
   路に対して第２の抵抗（Ｒ２）および第３の抵抗（Ｒ３
   ）の直列回路が抵抗ブリッジ回路のように並列に接続さ
   れており、加熱抵抗（ＲＨ）と第１の抵抗（Ｒ１）との
   間の接続点（Ｐ１）が比較回路（Ｖ１）の第１の入力端
   子（３）に接続されており、また第２の抵抗（Ｒ２）と
   第３の抵抗（Ｒ３）との間の接続点（Ｐ２）が比較回路
   （Ｖ１）の第２の入力端子（４）に接続されていること
   を特徴とする直流電流による抵抗加熱における超過温度
   保護用回路装置。 ２）第２の抵抗（Ｒ２）と第３の抵抗（Ｒ３）との抵抗
   比が限界温度（ＴＧ）における第１の抵抗（Ｒ１）と加
   熱抵抗（ＲＨ）との抵抗比に等しく選定されていること
   を特徴とする請求項１記載の回路装置。 ３）第１の比較回路（Ｖ１）の第２の入力端子（４）に
   は、スイッチ装置（ＳＲ）が開かれている際に、後段に
   接続されている制御装置（ＳＴ）が限界温度（ＴＧ）を
   上廻るものと解し得る信号を与えられることを特徴とす
   る請求項１または２記載の回路装置。 ４）第１の比較回路（Ｖ１）の第２の入力端子（４）に
   ダイオード（Ｄ）の負極端子が接続されており、その正
   極端子が、第４の抵抗（Ｒ４）および第５の抵抗（Ｒ５
   ）から成りまた直流電圧源（Ｕ＿Ｂ）に接続されている
   分圧器と接続されており、基準電位と第１の比較回路（
   Ｖ１）の第１の入力端子（３）との間に第１のコンデン
   サ（Ｃ１）が接続されており、第１の入力端子（３）と
   第１の接続点（Ｐ１）との間に第６の抵抗（Ｒ６）が接
   続されており、第２の入力端子（４）と第２の接続点（
   Ｐ２）との間に第７の抵抗（Ｒ７）が接続されており、
   また制御装置（ＳＴ）が第２の比較回路（Ｖ２）を有し
   、その出力信号がスイッチ装置（ＳＲ）の制御のために
   用いられており、また第２のコンデンサ（Ｃ２）に与え
   られている電圧に関係してスイッチ装置（ＳＲ）を駆動
   し、その際に第２のコンデンサ（Ｃ２）が第１の比較回
   路（Ｖ１）の出力信号を介して放電可能であることを特
   徴とする請求項１ないし３の１つに記載の回路装置。 ５）スイッチ装置（ＳＲ）として電磁スイッチが設けら
   れていることを特徴とする請求項１ないし４の１つに記
   載の回路装置。 ６）スイッチ装置（ＳＲ）として半導体スイッチが設け
   られていることを特徴とする請求項１ないし４の１つに
   記載の回路装置。 ７）加熱抵抗がディーゼルエンジンのヒータープラグで
   あることを特徴とする請求項１ないし６の１つに記載の
   回路装置。