SE462125B - Elektronisk saekerhetstemperaturbegraensare - Google Patents

Description

462 125 Vid uppfinningen används den dynamiska signalen, dvs. en variabel, kontinuerlig signal från oscillatorn, såsom börvärde för regulatorn för att uppnå att nivåerna vid normaldrift änd- ras inuti reglerkretsen, medan de vid felfunktion förblir konstanta, varigenom.fel kan upptäckas på kopplingstekniskt enkelt sätt och kan användas för bortkoppling av det övervaka- de aggregatet.

Ett utföringsexempel av uppfinningen visas på ritningen och beskrivs närmare nedan.

På ritningen visar fig. 1 ett blockschema av en elektronisk säkerhetstemperatur- begränsare, fig. 2 ett kopplingsschema av en tröskelvärdesomkopplare, fig. 3 ett kopplingsschema av en kondensatoromladdningskopp- ling, och 462 125 fig. 4 ett kopplingsschema av en monostabil vippa.

Samma hänvisningsbeteckningar avser samma delar i alla ritnin- gens figurer.

Den i_fig. l visade elektroniska säkerhetstemperaturbegränsa- ren består av en oscillator l, två impedansomvandlare 2, vilka är fakultativt förekommande och sålunda visas streckade i figur l, en börvärdesgivare 3, en ärvärdesgivare 4, en trös- kelvärdesomkopplare 5, en kondensatoromladdningskoppling 6, en efter tröskelvärdesomkopplaren 5 kopplad triggkoppling 7, en återställningstangent 7' samt två reläer 8 och 9. Komponen- terna l till 6 bildar därvid en regulator. Ãterställningstan- genten 7' innefattar två omkopplare 7'a och 7'b. Det första reläet 8 är ett arbetsrelä och innefattar en reläspole 8a och en slutningskontakt 8b. Det andra reläet 9 är ett bistabilt låsningsrelä och innefattar en reläspole 9a och en öppnings- kontakt 9b. Nedan gäller antagandet att jord är referenspoten- tialen för dessa anordningar. Vidare är ännu en styrapparat 10 och en icke visad energitillförselkälla anordnade. Den senare är exempelvis brännaren i en uppvärmningsanläggning.

Oscillatorns l utgång är över den fakultativt förekommande första impedansomvandlaren 2 förbunden med börvärdesgivarens 3 ingång, vars utgång å sin sida leds till en första ingång av tröskelvärdesomkopplaren 5. Ärvärdesgivarens 4 utgång är för- bunden med en andra ingång av tröskelvärdesomkopplaren 5, vars utgång å sin sida över den fakultativt förekommande andra im- pedansomvandlaren 2 leds till de parallellkopplade ingångarna av kondensatoromladdningskopp1ingen 6 och triggkopplíngen 7.

Börvärdesgivaren 3 är en spänningsdelare, som exempelvis består av två i serie kopplade motstånd Rl och R2, varvid en pol av seriekopplingen Rl;R2 ligger på jord. Ärvärdesgivaren 4 är också en spänningsdelare, som innehåller en temperaturav- kännare ll, vilken är kopplad i serie med en seriekoppling, som exempelvis åtminstone består av ett motstånd R3 och en diod Dl. Ärvärdesgivarens 4 spänningsdelare D17R3;l1 matas av en likspänning VCC, vars referenspol ligger på jord, varvid en 462 125 pol av temperaturavkännaren ll ligger på jord och dess andra, med seriekopplingen R3:Dl förbundna pol bildar ärvärdesgiva- rens 4 utgång. De båda impedansomvandlarna 2 är i regel iden- tiskt uppbyggda. En pol av reläspolen 8a är förbunden med kon- densatoromladdningskopplingens 6 utgång, medan dess andra pol ligger på jord, Triggkopplingens 7 utgång är över den första omkopplarens 7'a öppningskontakt förbunden med en första pol av reläspolen 9a, och matningsspänningen VCC är över den andra omkopplarens 7'b öppningskontakt förbunden med reläspolens 9a andra pol. Om det antas att det andra reläet 9 är ett rema- nensrelä, förbinder den första omkopplarens 7'a slutningskon- takt likspänningen VCC med reläspolens 9a första pol och den andra omkopplarens 7'b slutningskontakt jord med reläspolens 9a andra pol. En tillkommande matningsspänning V"CC, exempel- vis en växelspänning på 220 volt, matar styrapparaten 10 via de båda reläernas 8 och 9 i serie kopplade kontakter 8b och 9b.

Oscillatorns l utgångssignal kan uppvisa en godtycklig karak- täristisk form. I en föredragen utföringsform är den rektangu- lär. I detta fall är oscillatorn l en astabil vippa och kan exempelvis vara uppbyggd såsom beskrivs i Linear Databook, sid 5 - 47, National Semiconductor Corporation. De båda impedans- omvandlarna 2, vilka är kopplade efter oscillatorn l respekti- ve tröskelvärdesomkopplaren 5, utgöres av exempelvis medelst vardera en operationsförstärkare uppbyggda, i sig kända för- stärkare, vilka vardera har en förstärkningsfaktor på ett.

TröskelvärdesomkopplarenESinnehålleri.en föredragen utfö- ringsform en komparator och är då uppbyggd i enlighet med figur 2. Triggkopplingen 7 är exempelvis en monostabil vippa, vars kopplingsschema visas i figur 4.

Den i figur 2 visade tröskelvärdesomkopplaren 5 innehåller en komparator 12, som matas av likspänningen VCC och vars utgång via ett motstånd R4 ävenledes matas med likspänningen VCC.

Tröskelvärdesomkopplarens 5 första ingång är över ett motstånd R5 förbunden med komparatorns 12 icke inverterande ingång, och dess andra ingång är via ett motstånd R6 förbunden med 462 125 komparatorns 12 inverterande ingång, varvid komparatorns utgång samtidigt utgör tröskelvärdesomkopplarens 5 utgång.

Komparatorns 12 inverterande ingång ligger dessutom via en kondensator Cl på jord.

Den i figur 3 visade kondensatoromladdningskopplingen 6 består av två kondensatorer C2 och C3, tre transistorer Tl till T3, tre dioder D2 till D4 och tre motstånd R7 till R9. De båda transistorerna Tl och T2 är exempelvis NPN-transistorer och transistorn T3 är exempelvis en PNP-transistor. De båda tran- sistorerna T2 och T3 är kopplade i mottakt och styrs av en förförstärkare Tl;R7, som består av transistorn T1 och mot- Stånået R7. Med andra ord: Transistorns Tl kollektor är förd direkt till basen av transistorn T2 och basen av transistorn T3, och de båda transistorernas T2 och T3 emittrar är förbund- na med varandra. En tillkommande likspänning V"Cc. vars refe- renspol ligger på jord, matar över motståndet R8 transistorns Tl kollektor och över motståndet R9 transistorns T2 kollektor, medan transistorns T1 emitter och transistorns T3 kollektor båda ligger på jord. Kondensatoromladdníngskopplingens 6 in- gång är över motståndet R7 förbunden med transistorns Tl bas, och dess utgång bildas genom en pol, nämligen anoden, av den första dioden D2, vilken dessutom via en parallellkoppling C3, D4. som består av kondensatorn C3 och dioden D4, ligger på jord. Den andra polen, nämligen katoden, av den första dioden D2 är över kondensatorn C2 förbunden med transistorernas T2 och T3 emittrar, dans. med mottaktkopplingens T2:T3 utgång, och över den andra dioden D3 förbunden med jord, varvid diodens D2 katod är förbunden med diodens D3 angd, Den i figur 4 visade monostabila vippan består av en opera- tionsförstärkare 13, som matas av likspänningen VCC, en NPN- transistor T4, en PNP-transistor T5, en diod D5, en kondensa- tor C4 och sju motstånd R10 till R15. Den monostabila vippans ingång är över motståndet R10 förbunden med transistorns T4 bas och dess utgång över motståndet R16 förbunden med transis- torns T5 emitter. Motståndet Rlz och kondensatorn C4 bildar en första spänningsdelare, som utgör en RC-länk, varvid en pol av 462 125 kondensatorn C4 ligger på jord. Motstånden RI3 och Rl4 bildar en andra spänningsdelare, varvid en pol av motståndet Rl4 lig- ger på jord. Båda spänningsdelarna Rl2;C4 och Rl3;R14 matas av likspänningen VCC. Motståndets R12 och kondensatorns C4 gemensamma pol är dels över motståndet Rll förbunden med tran- sistorns T4 kollektor och dels direkt förbunden med opera- tionsförstärkarens 13 inverterande ingång och över en diod- motståndsseriekoppling D5;Rl5 förbunden med operationsförstär- karens 13 utgång. Diod-motståndsseriekopplingen D5:Rl5 består av motståndet R15 och dioden D5, varvid diodens D5 katod ligger på operationsförstärkarens 13 utgångssida. Denna utgång är dessutom förd till transistorns T5 bas. Den gemensamma polen för motstånden RI3 och RI4 är förbunden med den icke inverterande ingången till operationsförstärkaren 13. Transis- torns T4 emitter och transistorns T5 kollektor ligger på jord.

Motstånden Rlo och Rll samt transistorn T4 bildar en ingångs- omkopplare Rl0;T4:Rll. Transistorn T5 och motståndet Rl6 utgör en utgångsomkopplare T5;R16. Operationsförstärkaren 13 är återkopplad via diod-motståndsseriekopplingen D5:Rl5.

Den i figur 1 visade kopplingen innehåller en enda, sig själv- övervakande regulator, vilken styr de båda reläerna 8 och 9 och vars börvärde utgör oscillatorns l utgångssignal. Arbets- reläet 8 styrs av denna regulator via kondensatoromladdnings- kopplingen 6, och det bistabila låsningsreläet 9 styrs av samma regulator via triggkopplingen 7.

Självövervakande innebär att komponentfel som har inverkan mot den osäkra sidan automatiskt identifieras. För att realisera detta används en dynamisk signal, dans. en variabel kontinu- erlig signal på oscillatorns 1 utgång såsom börvärde för regu- latorn. Därmed uppnås att nivåerna inom reglerkretsen ändrar sig vid normal drift, medan de förblir konstanta vid felfunk- tion. Därigenom kan felet identifieras.

Med hjälp av temperaturavkännaren ll, vilken exempelvis är en Ni-1000 ohm-avkännare, mäts vätskans temperatur, exempelvis pannans temperatur i en uppvärmningsanläggning. Avkännarmot- 462 125 ståndet utgör en beståndsdel av spänningsdelaren Dl:R3:ll som bildar regulatorns ärvärdesgivare 4 (se figur 1) och som alst- rar ett mot vätsketemperaturen svarande spänningsvärde UF På ärvärdesgivarens 4 utgång, varvid UF är en likspänningssignal.

Om den tillåtna gränstemperaturen för vätskan är exempelvis llO°C, väljs exempelvis, under hänsynstagande till tolerans- värdena för temperaturavkännaren ll och elektroniken, värdet på UF maximalt lika med 5,5 volt vid l08°C och minimalt lika med ett kortslutningsvärde på 4,24 volt vid -l0°C. Dioden Dl i ärvärdesgivaren 4 tjänar till temperaturkompensation samt reduktion av inverkan av spänningssvängningar, så att regula- torns börvärde och ärvärde med avseende härpå förlöper paral- lellt och är utsatta för lika stora ändringar. Oscillatorn l alstrar den dynamiska signal som i börvärdesgivaren 3 genom spänningsdelaren R1:R2 spänningsmässigt delas ned. Om den dynamiska signalen är rektangulär, så är, såsom redan nämnts, oscillatorn l en astabil vippa och uppvisar dess rektangulära utgångsspänning US under pulsens varaktighet ett maximalt värde på exempelvis 10,5 volt, som utgör ett mot vätskans gränstemperatur svarande gränsbörvärde, och under pulsmellan- rummet ett minimivärde på exempelvis 8,1 volt, vilket svarar mot ett kortslutnings-testbörvärde. De mot dessa båda värden 10,5 volt respektive 8,1 volt svarande extremvärdena av den rektangulära spänningen UR på utgången av börvärdesgivaren 3 är då exempelvis 5,5 volt respektive 4,24 volt och sålunda lika med de ovan angivna maximi- respektive minimivärdena av spänningen UF på ärvärdesgivarens 4 utgång. Av självöver- vakningsskäl, dAns. för felidentifiering, väljs värdena på UF och UR på sådant sätt att de båda alltid är mindre än Vcc/2, Om Vcc är matningsspänningen för oscillatorn l, impedansom- vandlaren 2 och ärvärdesgivaren 4. VCC är exempelvis lika med 12 volt.

Vid normala driftstillstånd ligger värdet av regulatorns är- värde, dans. värdet på spänningen UF, mellan maximivärdet 5,5 volt och minimivärdet 4,24 volt för det rektangulära bör- värdet, dans. den rektangulära spänningen UR. Tröskelvärdes- omkopplarens 5 utgångsspänning UV är då också rektangulär och 2' 462 125 uppvisar ett maximivärde, som är av samma storleksordning som matningsspänningsvärdet VCC för tröskelvärdesomkopplaren 5 och exempelvis kan vara lika med 10,5 volt, och ett minimivärde på 0 volt. Tröskelvärdesomkopplarens 5 rektangulära utgångsspän- ning UV laddar kontinuerligt om de i kondensatoromladdnings- kopplingen 6 ingående kondensatorerna C2 och C3 (se figur 3).

Under den rektangulära spänningens UV pulsmellanrum laddas kondensatorn C2 upp genom matningsspänningen V"CC, vilken exempelvis uppgår till 20 volt, via motståndet R9, transistorn T2 och dioden D3. Arbetsreläets 8 spole 8a drar då sin energi från kondensatorn C3- Under pulsvaraktigheten av den rektan- gulära spänningen UV urladdas kondensatorn C2 via transistorn T3, dioden D2 och kondensatorn C3, så att den sistnämnda lad- das på nytt. I detta fall drar spolen 8a sin energi från de båda kondensatorerna C2 och C3. Arbetsreläet 8 drar sålunda kontinuerligt och matningsspänningen \fCc (se figur l) matar kontinuerligt styrapparaten 10 via den nu slutna slutningskon- takten 8b och öppningskontakten 9b.ILåsningsreläet 9 manöv- reras inte alls, eftersom kondensatorn C4 i triggkopplingen 7 (se figur 4) under pulsvaraktigheten av den rektangulära spän- ningen UV alltid urladdas via motståndet Rll och transistorn T4 innan dess spänning uppnått ett värde som bringar den efterföljande operationsförstärkaren 13 att koppla om.

Om vätskans temperatur överskrider dess gränstemperatur eller om ett avbrott i temperaturavkännaren ll förekommer, så är är- värdesspänningen UF alltid större än den rektangulära bör- värdesspänningen UR, så att tröskelvärdesomkopplarens 5 ut- gångsspänning UV kontinuerligt är lika med 0 volt. Därefter laddas kondensatorn C3 i kondensatoromladdningskopplingen 6 (se figur 3) ej längre upp på nytt genom en urladdning av kon- densatorn C2. Arbetsreläet 8 släpper och stänger med hjälp av den nu öppnade slutningskontakten 8b av styrapparaten 10 (se figur 1% Darigenom avbryts energitillförseln till uppvärm- ningsanläggningens brännare. Samtidigt blir transistorn T4 i triggkopplingen 7 (se figur 4) kontinuerligt spärrad, så att kondensatorn C4 ej längre kan urladdas över motståndet Rll och transistorn T4- Kondensatorn C4 laddas av matningsspänningen l 462 125 VCC över motståndet Rlz- Om kondensatorspänningen når det På den icke inverterande ingången av operationsförstärkaren 13 anliggande, genom spänningsdelaren R137R14 bêstämdä tröskel- värdet, så slår operationsförstärkarens 13 utgångsspänning om, blir transistorn T5 ledande och lägges sålunda spänningen VCC på låsningsreläets 9 reläspole 9a. Detta drar och förblir i dragande läge, eftersom det är ett remanensrelä. Öppningskon- takten 9b öppnar, så att styrapparaten 10 nu genom två öppna reläkontakter 8b och 9b separeras från matningsspänningen V"CC. Låsningsreläet 9 kan endast återställas för hand med hjälp av återställningstangenten 7', så att styrapparaten 10 och sålunda även anordningen ej endast stängs av genom arbets- reläet 8 utan även låses genom låsningsreläet 9. Om återställ- ningstangenten 7' manövreras efter omkopplingen av reläet 9, genomströmmas reläspolen 9a av ström i motsatt riktning och återgår reläet 9 till sitt ursprungliga läge. Tack vare diod- motståndsseriekopplingen D5;R15 återgår operationsförstärkaren 13 till sitt ursprungliga tillstånd så snart transistorn T4 åter blir ledande och kondensatorn C4 åter urladdats tillräck- ligt, d.v.s. den fungerar i detta fall såsom monostabil vippa.

Vid en kortslutning i temperaturavkännaren ll sjunker ärvär- desspänningen UF till ett värde som kontinuerligt är lägre än den rektangulära börvärdesspänningen UR, så att utgångsspän- ningen UV från tröskelvärdesomkopplaren 5 kontinuerligt är lika med spänningen 10,5 volt. Kondensatorn C2 i kondensator- omladdningskopplingen 6 (se figur 3) laddas ej längre upp, eftersom transistorn T2 ständigt är spärrad och kan sålunda ej heller genom sin urladdning ladda upp kondensatorn C3. Arbets- reläet 8 släpper sålunda och stänger med sin nu öppna slut- ningskontakt 8b av styrapparaten 10 (se figur 1). I detta fall sker dock ingen låsning, eftersom, på grund av att UV = 10,5 volt, transistorn T4 i triggkopplingen 7 (se figur 4) ständigt är ledande och dess kondensator C4 Sålunda helt urladdas.

Claims (10)

Ja. CN b.) -à h.) (fl /0

1. Elektronisk säkerhetstemperaturbegränsare med ett första relä (8), vars spole (8a) styrs av en sig själv övervakande regulator (l; 2; 3,; 4; 5; 6), och med ett andra relä (9), vars spole (9a) styrs av en triggkoppling (7), varvid regulatorn (l; 2; 3; 4; 5; 6) innehåller en en temperaturavkännare (11) innehållande ärvärdesgivare (4) och en börvärdesgivare (3), vars utgångar är förda till vardera en ingång av en tröskelvärdesom- kopplare (5), vars utgång å sin sida är förd till det första reläets (8) spole (8a), k ä n n e t e c k n a d ' av att börvärdesgivaren (3) av en oscillator (l) matas med en dynamisk signal, att tröskelvärdesomkopplarens (5) utgång å ena sidan via en kondensatoromladdningskoppling ( 6) är förd till det första reläets (8) spole (8a) och å andra sidan till triggkopplingens (7) ingång, att reläernas (8, 9) båda kontakter (Bb, 9b) är kopplade 'i serie för spänningsmatning av en energitillför- selkällas styrapparat (10), och att det andra reläet (9) är ett bistabilt relä som endast kan återställas manuellt.

2. Elektronisk säkerhetstemperaturbegränsare enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att kondensatoromladdningskopp- lingen (6) innehåller tvà kondensatorer (C2, C3), av vilka den första kondensatorn (C2) vid förekomst av en rektangulär spänning på utgången av tröskelvärdesomkopplaren (5) omväxlande upp- och urladdas och den andra kondensatorn (C3) uppladdas genom den första kondensatorns (C2) urladdning.

3. Elektronisk säkerhetstemperaturbegränsare enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d av att kondensatoromladdningskopp- lingen (6) innehåller två transistorer (TZ, 'I'3), vilka är kopplade i mottakt och styrs av en förförstärkare (Tl: R7), varvid mottaktkopplingens (T2; T3) utgång via den första kondensatorn (C2) är förbunden med en pol av en första diod (D2), vilken via en andra diod (DS) ligger på jord, och vars andra pol 462 125 över en parallellkoppling (C3; D4) av den andra kondensatorn (C3) och en tillkommande diod (D4) ligger på jord.

4. Elektronisk säkerhetstemperaturbegränsare enligt något av kraven 1-3, k ä n n e t e c k n a d av att det bistabila reläet är ett remanensrelä.

5. Elektronisk säkerhetstemperaturbegränsare enligt något av kraven 1-4, k ä n n e t e c k n a d av' att triggkopplingen (7) är en monostabil vippa.

6. Elektronisk säkerhetstemperaturbegränsare enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a d av att den monostabila vippan uppvisar en ingångsomkopplare (RlO; T4; R11), två spänningsdelare (Rl2; C4; och R13; R14), av vilka en är en RC-länk, en över en diod- motståndsseriekoppling(D5;R15)återkoppladoperationsförstärka- re (13) och en utgångsomkopplare (T5; RI6).

7. Elektronisk säkerhetstemperaturbegränsare enligt något av kraven 1-6, k ä n n e t e c k n a d av att tröskelvärdesom- kopplaren (5) innehåller en komparator (12).

8. Elektronisk säkerhetstemperaturbegränsare enligt något av kraven 1-7, k ä n n e t e c k n a då av att oscillatorn (1) är en astabil vippa.

9. Elektronisk säkerhetstemperaturbegränsare enligt något av kraven 1-8, k ä n n e t e c k n a d av att vardera en impedansomvandlare (2) är kopplad efter oscillatorn (1) och/eller tröskelvärdesomkopplaren (5).

10. Elektronisk säkerhetstemperaturbegränsare enligt krav 9, k ä n n e t e c k n a d av att varje impedansomvandlare (2) utgöres av en förstärkare med förstärkningsfaktorn 1.