DE1294079B

DE1294079B - Temperature control device

Info

Publication number: DE1294079B
Application number: DEST17438A
Authority: DE
Inventors: Oram Geoffrey Charles
Original assignee: J Stone and Co Deptford Ltd
Current assignee: J Stone and Co Deptford Ltd
Priority date: 1960-02-09
Filing date: 1961-02-07
Publication date: 1969-04-30
Also published as: ES264486A1; GB902896A; CH377562A

Description

Die Erfindung betrifft eine Temperaturregeleinrichiung für Heiz- und Kühl- oder Klimaanlagen, insbesondere für Fahrzeuge, wie Eisenbahnen, Kraftfahrzeuge, Schiffe und Flugzeuge.The invention relates to a temperature control device for heating and Cooling or air conditioning systems, especially for vehicles such as railways, motor vehicles, Ships and planes.

Es ist bereits eine Temperaturregeleinrichtung, bestehend aus einer temperaturempfindlichen Brücke, die über einen Verstärker und eine phasenempfindliche Schaltung mit Steuermitteln einer Heizeinrichtung verbunden ist und die zwischen einen Oszillator und den Verstärker geschaltet ist, der selbst mit der Phasenvergleichsschaltung verbunden ist, bekannt.It is already a temperature control device, consisting of one temperature sensitive bridge that has an amplifier and a phase sensitive Circuit is connected to control means of a heating device and the between an oscillator and the amplifier is connected, which itself is connected to the phase comparison circuit connected is known.

Weiterhin ist bereits eine Temperaturregeleinrichtung bekannt, bei der ein in einem gleichstromgespeisten Meßkreis vorgesehener Widerstandsgeber über mindestens einen magnetischen Verstärker ein die Stellung eines Regelorgans beeinflussendes Relais steuert. Ferner ist eine temperaturempfindliche Brücke bekannt, bei der ein weiterer Brückenwiderstand in Abhängigkeit von der Luftfeuchtigkeit in einem zu klimatisierenden Raum verändert wird. Das Ausgangssignal dieser Brücke wird, gegebenenfalls nach Verstärkung, einem Relais zugeführt.Furthermore, a temperature control device is already known in a resistance sensor provided in a DC-fed measuring circuit at least one magnetic amplifier influencing the position of a control element Relay controls. Furthermore, a temperature-sensitive bridge is known in which a further bridge resistance depending on the humidity in one too air-conditioning room is changed. The output of this bridge will, if necessary after amplification, fed to a relay.

Der Nachteil dieser bekannten Temperaturregeleinrichtungen liegt darin, daß sie es nicht gestatten, eine Vielzahl von Kühl- und/oder Heizstufen zu regeln.The disadvantage of these known temperature control devices is that that they do not allow you to regulate a large number of cooling and / or heating levels.

Demgegenüber liegt die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe darin, eine Temperaturregeleinrichtung so auszugestalten, daß von ihr eine Vielzahl von Kühl- und/oder Heizstufen gesteuert werden kann. _ Die Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe ist bei einer Temperaturregeleinrichtung, bestehend aus einer temperaturempfindlichen Brücke, die über einen Verstärker und eine phasenempfindliche Schaltung mit Steuermitteln einer Heiz- oder Kühleinrichtung verbunden ist und die zwischen einen Oszillator und den Verstärker geschaltet ist, wobei der Verstärker selbst über eine Phasenvergleichsstufe mit einer Ausgangsstufe verbunden ist, gekennzeichnet durch die Vereinigung folgender Merkmale: Die Phasenvergleichsstufe ist aus mindestens vier Einweggleichrichtern gebildet, die jeweils aus einer Reihenschaltung einer 'Gleichrichterdiode mit zueinander parallelgeschaltetem Kondensator und veränderbarem Widerstand bestehen und von denen jeweils zwei gleichsinnig diodenseitig mit den beiden äußeren Anschlüssen.- der Sekundärwicklung eines Verstärkerausgangstransformators und die widerstandsseitig gemeinsam über die Sekundärwicklung eines Transformators für die Bezugswechselspannung mit der Mittelanzapfung - der Sekundärwicklung des Ausgangstransformators verbunden sind. Die AusgangsAtüfe besteht aus einer der Zahl der zu steuernden Heiz- und/oder -Kühlstufen entsprechenden Anzahl von Relais und Transistoren, in deren Kollektor-Emittes-Kreisen die Relaiswicklungen geschaltet sind und deren Basiselektroden mit den zugeordneten Einweggleichrichtern jeweils im Punkt zwischen dem Widerstand und der Gleichrichterdiode verbunden sind, während die Emitter in einem Punkt zusammengeführt sind, der über Widerstände mit den Basiselektroden verbunden ist.In contrast, the object on which the invention is based is to design a temperature control device so that of her a plurality of Cooling and / or heating levels can be controlled. _ The solution of the invention The task is with a temperature control device consisting of a temperature-sensitive Bridge that has an amplifier and a phase sensitive circuit with control means a heating or cooling device is connected and between an oscillator and the amplifier is connected, the amplifier itself having a phase comparison stage is connected to an output stage, characterized by the union of the following Features: The phase comparison stage consists of at least four half-wave rectifiers formed, each from a series connection of a 'rectifier diode with one another parallel capacitor and variable resistor exist and of which two in the same direction on the diode side with the two outer connections Secondary winding of an amplifier output transformer and the resistance side together via the secondary winding of a transformer for the reference AC voltage connected to the center tap - the secondary winding of the output transformer are. The OutputAtüfe consists of one of the number of heating and / or to be controlled -Cooling stages corresponding number of relays and transistors in their collector-emitter circuits the relay windings are connected and their base electrodes with the associated Half-wave rectifiers at the point between the resistor and the rectifier diode are connected, while the emitters are brought together at one point that is across Resistors connected to the base electrodes.

Der Gegenstand der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.The object of the invention is shown in the drawing.

Die vollständige Schaltung enthält einen Sinus-Oszillator 1, eine Thermistor-Brücke 2, einen Wechselstromverstärker 3, eine Phasenvergleichsschaltung 4 und eine Ausgangsstufe 5. Der Ausgang des Oszillators 1 ist an die Brücke 2 geführt, in welcher der Widerstand eines als Fühlglied dienenden Thermistor-Elementes mit einem logarithmisch veränderbaren Widerstand verglichen wird. Das Regelsignal, das bei nicht ausgeglichener Brücke entsteht, wird im Verstärker 3 verstärkt und in der Stufe 4 hinsichtlich seiner Phase mit der Phase der Sinus-Schwingungen verglichen, wodurch die Richtung der Abweichung des Brückengleichgewichtes bestimmt ist, da ein Phasensprung von 180° auftritt, wenn die Brücke durch den abgeglichenen Zustand geht. Das Ausgangssignal der Schaltstufe 4 wird in der Ausgangsstufe 5 zur Betätigung von Relais benützt, um Heiz- oder Kühlmittel in Abhängigkeit von den Bedingungen des Fahrzeuges zu betätigen.The complete circuit contains a sine wave oscillator 1, a thermistor bridge 2, an AC amplifier 3, a phase comparison circuit 4 and an output stage 5. The output of the oscillator 1 is led to the bridge 2, in which the resistance of a thermistor serving as a sensing element Element is compared with a logarithmically variable resistance. The control signal that arises when the bridge is not balanced is amplified in amplifier 3 and its phase compared with the phase of the sinusoidal oscillations in stage 4, whereby the direction of the deviation of the bridge equilibrium is determined, since a phase jump of 180 ° occurs, when the bridge goes through the matched state. The output signal of switching stage 4 is used in output stage 5 to operate relays in order to operate heating or cooling means depending on the conditions of the vehicle.

Der Oszillator 1 besteht aus einem Kondensator 6, einem Transformator 7 und dem Transistor B. Wie ersichtlich, dient die Primärwicklung 9 des Transformators als Induktivität des Schwingungskreises. Die Frequenz der Schwingungen kann daher durch Veränderung der Transformatorwicklungen abgestimmt werden. Eine Sekundärwicklung 10 speist die Brücke 2, und eine weitere Sekundärwicklung 10 a dient für den später beschriebenen Phasenvergleich.The oscillator 1 consists of a capacitor 6, a transformer 7 and the transistor B. As can be seen, the primary winding 9 of the transformer is used as the inductance of the oscillating circuit. The frequency of the vibrations can therefore be tuned by changing the transformer windings. A secondary winding 10 feeds the bridge 2, and another secondary winding 10 a is used later phase comparison described.

In der Brücke 2, an welche der Wechselspannungsausgang des Oszillators 1 direkt angeschlossen ist, enthalten zwei Zweige die Brückenwiderstände 11, während die anderen zwei Zweige durch einen als Temperaturfühler dienenden Thermistor 12 und einen Vergleichswiderstand 13 gebildet werden, wobei der Widerstand 13 als Temperaturwähler dient, d. h. zur Einstellung der gewünschten Temperatur. Der Widerstand 13 ist kontinuierlich veränderbar, vorzugsweise nach einer logarithmischen Kennlinie, so daß die einzuregelnde Temperatur über einen weiten Bereich gewählt werden kann. Der Thermistor 12 ist in dem Luftkreislauf der Klimaanlage angeordnet, so daß sein Widerstand sich mit der Lufttemperatur z. B. im Fahrzeug ändert. Wenn diese Temperatur höher oder niedriger ist als der gewünschte Wert, kommt die Brücke 2 aus dem Gleichgewicht, und ein kleines Regelsignal tritt auf.In bridge 2, to which the alternating voltage output of the oscillator 1 is connected directly, two branches contain the bridge resistors 11, while the other two branches by a thermistor 12 serving as a temperature sensor and a comparison resistor 13 are formed, the resistor 13 as a temperature selector serves, d. H. to set the desired temperature. The resistor 13 is continuous changeable, preferably according to a logarithmic characteristic, so that the Temperature can be selected over a wide range. The thermistor 12 is arranged in the air circuit of the air conditioning system, so that its resistance increases with the air temperature z. B. changes in the vehicle. If this temperature is higher or lower is than the desired value, the bridge 2 comes out of balance, and a small one Control signal occurs.

Die Brücke 2 ist an die Treiberstufe des Verstärkers 3 angeschlossen, welche aus einem Paar im Gegentakt geschalteter Transistoren 14 besteht. Die Treiberstufe selbst ist über einen Phasenumkehr transformator 17 mit der Ausgangsstufe des Verstärkers, bestehend aus den Transistoren 16, verbunden. Beide Stufen des Verstärkers werden vorgespannt und stabilisiert durch die Spannungsteiler 18 und die Emitterwiderstände 19. Ein Vorwiderstand 33 erlaubt die Verwendung von Transistoren 14 für kleine Spannungen. Die Widerstände 34 bilden einen Stromweg zur Brücke 2, wenn diese außer Gleichgewicht ist. Wenn beispielsweise die Verbindung zwischen 11 und 12 positiv ist, im Hinblick auf die Verbindung zwischen 11 und 13, dann fließt durch den oberen Widerstand 34 ein Strom, und ein Teil dieses Stromes fließt durch den unteren angeschlossenen Widerstand 18, den Widerstand 19 und den Basis-Emitter-Kreis des unteren Transistors 14. An Stelle der Widerstände 34 kann ein Transformator mit primärseitiger Mittelanzapfung verwendet werden.Bridge 2 is connected to the driver stage of amplifier 3, which consists of a pair of transistors 14 connected in push-pull. The driver stage itself is via a phase reversal transformer 17 with the output stage of the amplifier, consisting of the transistors 16 connected. Both stages of the amplifier will be biased and stabilized by the voltage dividers 18 and the emitter resistors 19. A series resistor 33 allows the use of transistors 14 for low voltages. The resistors 34 form a current path to the bridge 2 when this is out of balance is. For example, if the connection between 11 and 12 is positive, regarding on the connection between 11 and 13, then flows through the upper resistor 34 a stream, and part of that stream flows through the lower connected Resistor 18, resistor 19 and the base-emitter circuit of the lower transistor 14. Instead of the resistors 34, a transformer with a primary-side center tap can be used be used.

Die Schaltstufe 4 wird über einen Phasenumkehrtransformator 20 gespeist. Das Bezugssignal aus der Sekundärwicklung 10 a wird derart in diese Schaltstufe eingeführt, daß es mit dem Signal vom Verstärker 3 algebraisch addiert wird. Die resultierenden Signale, die von der Phase und der Amplitude des verstärkten Signals abhängen, werden an verschiedene Transistoren 22, 23 und 24 angelegt, wodurch diese entsprechend der Größe und dem Vorzeichen der genannten Signale leitend werden und nachgeschaltete Relais erregen. Von den nachgeschalteten Relais dient beispielsweise das Relais 25 zur Einschaltung einer Kühlvorrichtung mit halber Leistung, das Relais 26 zur Einschaltung, dieser Kühleinrichtung mit voller Leistung und das Relais 27 zur Einschaltung einer Heizeinrichtung. Die drei genannten Transistoren werden mit derselben Vorspannung betrieben. Eine Gleichstromquelle 32 dient für die Speisung des Oszillators 1, des Verstärkers 3 und zur Erregung der Relais 25 bis 27.The switching stage 4 is fed via a phase reversing transformer 20. The reference signal from the secondary winding 10a is introduced into this switching stage in such a way that it is algebraically added to the signal from the amplifier 3. The resulting signals, which depend on the phase and the amplitude of the amplified signal, are applied to various transistors 22, 23 and 24, whereby these become conductive according to the size and sign of the signals mentioned and energize downstream relays. Of the downstream relays, for example, relay 25 is used to switch on a cooling device with half power, relay 26 to switch on this cooling device with full power and relay 27 to switch on a heating device. The three transistors mentioned are operated with the same bias voltage. A direct current source 32 is used to supply the oscillator 1, the amplifier 3 and to excite the relays 25 to 27.

Die Verstärkerausgangssignale werden durch vier in Form von zwei Brücken mit den Knotenpunkten a bis f und den Ladewiderständen 29 geschaltete Dioden 28 gleichgerichtet. Zur Siebung dienen die Kapazitäten 30. Ein Kondensator 31 korrigiert die durch die Transistoren 14 und 16 hervorgerufenen Phasenverschiebungen.The amplifier output signals are through four in the form of two bridges with the nodes a to f and the charging resistors 29 connected diodes 28 rectified. The capacitances 30 are used for sieving. A capacitor 31 is corrected the phase shifts caused by transistors 14 and 16.

Falls gewünscht, kann ein zusätzlicher Transistor zur Steuerung eines weiteren Heizrelais in dem unbesetzten Teil der Ausgangsschaltung, symmetrisch zum Transistor 22, vorgesehen werden. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist dieser zusätzliche Transistor nicht vorgesehen, wobei die Impedanz zwischen d und f entsprechend ausgelegt ist.If desired, an additional transistor for controlling a further heating relay can be provided in the unoccupied part of the output circuit, symmetrical to transistor 22. In the illustrated embodiment, this additional transistor is not provided, the impedance between d and f being designed accordingly.

Im nachfolgenden sei die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Schaltung erläutert.The following is the mode of operation of the circuit according to the invention explained.

Wenn die Basis eines oder mehrerer der Transistoren 22, 23 und 24 gegenüber dem Punkt d negativ vorgespannt ist, wird der Transistor leiten, wobei die Größe des Stromes von der Größe dieser Vorspannung abhängt.When the base of one or more of transistors 22, 23 and 24 is negatively biased with respect to point d, the transistor will conduct, wherein the magnitude of the current depends on the magnitude of this bias.

Wenn die Temperatur im Fahrzeug den gewünschten Wert besitzt, ist die Brücke 2 im Gleichgewicht, und der Verstärker 3 gibt kein Ausgangssignal ab. Die einzige Spannung in der Phasenvergleichsschaltung ist durch das Bezugssignal gegeben, welches an den Punkten a, b, e und f auftritt. Wenn die Punkte a, b, e und f alle auf demselben Potential liegen, wird auch der Punkt d auf diesem Potential liegen, und die Transistoren 22, 23 und 24 sind gesperrt.When the temperature in the vehicle has the desired value, the bridge 2 is in equilibrium and the amplifier 3 gives no output signal. The only voltage in the phase comparison circuit is given by the reference signal which appears at points a, b, e and f. If points a, b, e and f are all at the same potential, point d will also be at this potential, and transistors 22, 23 and 24 are blocked.

Falls die Temperatur höher ist als der gewünschte Wert, kommt die Brücke 2 aus dem Gleichgewicht, und ein Steuersignal wird erzeugt. Unter diesen Umständen erscheint das Signal an den Punkten 21 c und 21 a, ist mit dem Bezugssignal aus der Wicklung 10 a gegenphasig und wird von ihm subtrahiert, während die Signale an den Punkten 21 c und 21 f in Phase mit dem Bezugssignal sind und zu ihm addiert werden. Demzufolge ergibt sich eine Verminderung des Potentials an den Punkten a und b und eine Zunahme der Potentiale an den Punkten e und f. Daher werden die Punkte a und b negativ gegenüber dem Punkt d, und die Transistoren 22 und 23 werden leitfähig, wodurch die Relais 25 und 26 zur Einschaltung der Kühleinrichtung erregt werden. Wenn die Potentiale an den Punkten e und f positiv gegenüber dem Punkt d werden, wird der Transistor 24 und, falls vorgesehen, der zusätzliche Transistor gesperrt. Bei Verkleinerung des Steuersignals werden die Spannungen an den Punkten a und b steigen, während an den Punkten e und f die Spannungen absinken. Daher werden auch die negativen Vorspannungen der Transistoren 22 und 23 absinken, bis zunächst der Transistor 22 gesperrt wird und später der Transistor 23. Das Intervall, das zwischen der Sperrung des ersten Transistors und der Sperrung des zweiten Transistors besteht, kann verändert werden durch die Veränderung der Ladewiderstände 29, die mit den Punkten e und b verbunden sind. Eine andere oder zusätzliche Möglichkeit zur Veränderung des Intervalls besteht in der Veränderung des Wicklungsverhältnisses für verschiedene Abgriffe der Sekundärwicklung des Transformators 21, an die die Punkte b und e geführt sind.If the temperature is higher than the desired value, the bridge 2 becomes unbalanced and a control signal is generated. Under these circumstances, the signal appears at points 21c and 21a, is out of phase with the reference signal from winding 10a and is subtracted from it, while the signals at points 21c and 21f are in phase with the reference signal and are closed to be added to it. As a result, there is a decrease in the potential at points a and b and an increase in potentials at points e and f. Therefore, points a and b become negative with respect to point d, and transistors 22 and 23 become conductive, whereby the relays 25 and 26 are energized to switch on the cooling device. When the potentials at points e and f become positive with respect to point d, transistor 24 and, if provided, the additional transistor are blocked. When the control signal is reduced, the voltages at points a and b will increase, while at points e and f the voltages will decrease. Therefore, the negative bias voltages of transistors 22 and 23 will also drop until transistor 22 is blocked first and transistor 23 later. The interval between the blocking of the first transistor and the blocking of the second transistor can be changed by the change of the charging resistors 29 connected to points e and b. Another or additional possibility for changing the interval consists in changing the winding ratio for different taps of the secondary winding of the transformer 21 to which the points b and e are led.

Sobald die Temperatur im Fahrzeug unter den gewünschten Wert absinkt, kommt die Brücke 2 wieder aus dem Gleichgewicht, jedoch in entgegengesetzter Richtung gegenüber dem vorher beschriebenen Fall. Die an den Punkten 21 c und 21 a auftretenden Signale sind in Phase mit dem Bezugssignal und werden mit ihm addiert, während die an den Punkten 21 c und 21 f auftretenden Signale in Gegenphase mit dem Bezugssignal sind und von diesem subtrahiert werden. Die Punkte a und b werden demzufolge eine Potentialerhöhung aufweisen und im Hinblick auf d positiv werden, während die Punkte e und f im Hinblick auf d negativ werden. Der Transistor 23 und, falls vorgesehen, der zusätzliche Transistor werden leitend und erregen die der Heizvorrichtung zugeordneten Relais. Die Heizung wird wirksam bleiben, bis wieder ein Gleichgewichtszustand erreicht ist.As soon as the temperature in the vehicle falls below the desired value, the bridge 2 comes out of equilibrium again, but in the opposite direction compared to the case described above. The signals appearing at points 21 c and 21 a are in phase with the reference signal and are added to it, while the signals appearing at points 21 c and 21 f are in phase opposition with the reference signal and are subtracted from it. The points a and b will accordingly have a potential increase and become positive with regard to d, while the points e and f become negative with regard to d. The transistor 23 and, if provided, the additional transistor become conductive and energize the relays assigned to the heating device. The heating will remain in effect until equilibrium is reached again.

Es wurde gefunden, daß die Verwendung von zwei im Gegentakt geschalteten Transistoren 14 in der Treiberstufe des Verstärkers 3 eine befriedigende Wirkung der Schaltung ergibt, sogar unter Bedingungen, bei welchen sehr große Steuersignale durch die Brücke 2 abgegeben werden, wie es beispielsweise der Fall ist, wenn die auftretenden Temperaturen außerordentlich weit von den eingestellten Temperaturen abweichen. In den Fällen, in denen derartige extreme Bedingungen nicht auftreten werden, kann die Treiberstufe durch einen einzigen Transistor gebildet werden, der von der Brücke 2 über einen Koppelkondensator gespeist wird, der die Gleichstromkomponenten im Regelsignal abblockt.It has been found that the use of two push-pull switches Transistors 14 in the driver stage of the amplifier 3 have a satisfactory effect of the circuit results even under conditions where very large control signals be delivered through the bridge 2, as is the case, for example, when the occurring temperatures exceedingly far from the set temperatures differ. In those cases where such extreme conditions do not occur the driver stage can be formed by a single transistor, the is fed from the bridge 2 via a coupling capacitor, which the direct current components blocks in the control signal.

Claims

Claim: Temperature control device, consisting of a temperature-sensitive bridge which is connected to control means of a heating or cooling device via an amplifier and a phase-sensitive circuit and which is connected between an oscillator and the amplifier, the amplifier itself being connected to an output stage via a phase comparison stage , characterized by the combination of the following features: the phase comparison stage is formed from at least four half-wave rectifiers, each of which consists of a series circuit of a rectifier diode (28) with a capacitor (30) connected in parallel and a variable resistor (29) and of which two in the same direction with the diode side two outer connections of the secondary winding of an amplifier output transformer (20) and the resistance side jointly via the secondary winding (10 a) of a transformer (7) for the reference AC voltage with the center tap (21 c) the secondary winding of the output transformer (20) are connected, the output stage consists of a number of relays and transistors (22, 23, 24) corresponding to the number of heating and / or cooling stages to be controlled, in whose collector-emitter circuits the relay windings (25, 26, 27) and their base electrodes are connected to the associated half-wave rectifiers at point (a, b, e, f) between resistor (29) and rectifier diode (28) , while the emitters are brought together at point (d) which is connected to the base electrodes via resistors (29).