DE2014117C3 - Kompensationsschaltung, vorzugsweise für einen elektronischen Raumtemperaturregler - Google Patents

Description

schaiteii. die bei der Verwendung von negativiogiiriihmischcn Potentiometern auftreten, hat man derartige Potentiometer durch SchiebewiderMün.de od. dgl. ersetzt, deren Kennlinien einen linearen Verlauf besitzen. Diese Widerstände sind wesentlich billiger als die erstgenannten und werden handelsüblich auch allgemein mit einer kleineren Toleranzgrenze geliefert. Die Verwendung von variabel einstellbaren Widerständen bzw. Potentiometern mit linearer Kennlinie tür die Raumtemperauirreiieiung ist jedoch im Zusammenhang mit der Anwendung von NTC-Widerständen insofern nachteilig, als die Einsiellskala für den Regelknopf dieses variablen Widerstandes einen logarithmischen Verlauf haben muß. Wahrend also an dem einen Skaienende ein verhältnismäßig großer Drehwinkel für beispielsweise. die Temperuturdifferenz von I^c erforderlich ist, ist der Drehwinkel am anderen HmIe der Skala für die gleiche TemperaturdifTerenz derart klein, daß kaum noch eine sinnvolle Hinstelluni; möglich ist.

Auch wird noch auf einen elektrischen Temperaturregler mit Platin-Widerstands-Thermometer in Brücken- oder Halbbrückenschaltung mit einem einstellbaren Vergleichswiderstand zum Einstellen der Soll-Temperatur verwiesen. Bei diesem Temperaturregler wird die Charakteristik des linear einstellbaren Ver»leichswiderstandes durch Parallelschaltung mindestens eines Feslwidcrstands an die Charakteristik des Platin - Widerstands - Thermometers angepaßt Der l'latin-Widerstiind bei der bekannten Schaltanordnung liegt in einem Brückenzweig, während der linear einstellbare Vergleichswidcrsland zusammen mit einem Anpassungswiderstand in dem anderen Brückenzweig liegt. Die elektrische Kopplung ist hierbei so vorgenommen, daß der als Regelkoniakt ausgebildete eine Ausgang des Platin-Widerstands, mit dem die eine Klemme des Anpassungswidcrstands galvanisch gekoppelt ist, den linear einstellbaren Vergleichswiderstand abgreift, wahrend die andere Klemme des Anpassungswiderstands zusammen mit einem Kontaktendc des linear einstellbaren Vergleichswiderstands den Brückenkreis schließt. Somit ist zu dem unveränderlich in dem letztgenannten Brückenzweig liegenden Anpassungswidersland wahlweise ein mehr oder weniger großer Widerstandsbetrag des linear einstellbaren VergleichswidersUmds parallel zuschaltbar. Diese bekannte Schaltung läßt sich zwar in Verbindung mit Platin-Widerständen od. dgl. verwenden, sie ist jedoch im Zusammenhang mit NTC-Widerständen unbrauchbar, weil sich die resultierende Widerstandskennlinie der genannten Widerstände gerade entgegengesetzt /u der hier gewünschten Kennlinie verhält. In denjenigen Temperaturbereichen, in denen eine vorgegebene TemperaturdifTerenz von beispielsweise 1''' C eine große Widerstandsänderung lies NTC-Widerstands bedingt, soll nämlich nach der nachfolgend beschriebenen erfimiungsgemäßen Schaltung zur Erzielung einer linearen Skaleneinteüung für den Regler auch eine ni:r geringe Verstellung ties Vergleichswidersiands oiler eines Regelpotentiometers eine ent sprechend große Widerstandsänderung hervorbringe!·. Umgekehrt sollen die Verhältnisse aber dort sein, wo zufolge der Kennlinie des NTC-Widerstands die Widerstandsänderung desselben bei einer Temperaturdilk'ren/ von angenommen wiederum IC nur eine kleine Widerstandsänderung zeigt. Fin wcilcvr N'acliieil der bekannten SchallimtisanoidnuiiL¹ besieht schließlich darin, daß d'.c Belastung des hier verwendeten Platin-Widerstands bei steigender Temperatur größer wird.

Schließlich ist noch ι ine Meßbrücke für Phtin-Widerstandsthermometer bekannt, bei der der in einem Brückenzweig angeordnete temperaturabhänüiue Platin-Widerstand mit seinem einen als Regelkontakt ausgebildeten Ende an dem Schiebekontakt einer in dem anderen Brüekenzweig angeordneten

ίο Widersiandsschaltiing liegt, die aus zwei parallel liegenden Widerständen besteht. Hierbei ist der Regelkontakt nicht galvanisch mit einer der Klemmen des zu dem betreffenden Regelwiderstand parallelliegenden Festwiderstands gekoppelt. Die Kennlinie zweier Widerstände der bekannten Meßbrücke ist geeignet, eine lineare Verstellmöglichkciten ergebende Kompensation des Kennlinienverlaufes eines NTC-Widerstands zu ermöglichen, wenn und soweit dieser mit der genannten Widerstandsanordnung zusammen in ein und demselben Brückenzweig liegt. Bei Anordnung des NTC-Widerstands in einem anderen Brükkenzweig, entsprechend der Anordnung des Platin-Widerstands in der zuvor genannten bekannten Schaltung ergeben sich die gleichen Schwierigkeiten und Nachteile, wie sie oben im Zusammenhang mit dieser Schaltung bereits aufgezeigt worden sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kompensationsschaltung vorzugsweise für einen elektronischen Raumtempcraturregler zu schaffen, wobei unter Ausnutzung der Vorteile, die mit der Verwendung von NTC-Widerständen wie auch linearen Potentiometern verbunden sind, die aufgeführten Nachteile vermieden werden sollen.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht crfindungsgemäß darin, daß bei an sich bekannter Verwendung eines NTC-Widerstands mit logarithmischer Kennlinie der Regelwiderstand in denselben Brückenzweig wie der temperaturabhängige NTC-Widerstand geschaltet ist.

4·. Nach der erfindungsgemäß ausgestalteten Form einer Kompensationsschaltung, vorzugsweise für Raumtempcraturregler, ist es bei Beibehaltung der vorteilhaften Verwendung eines NTC-Widerstands ohne Anwendung eines negativ-logarithmischen Potentiometers zur Einstellung des Soll-Werts möglich, die Einstellskala des Rcgelwidcrstands linear in Abhängigkeit von der Temperatur vorzugeben. Die Parallelschaltung eines Festwiderstands zu dem einstellbaren Potentiometer bzw. dem Regelwiderstand

5--¹ mit linearer Kennlinie, ist hierbei besonders vorteilhaft, weil die Gesamtkennlinie der beiden parallel liegenden Widerstände in Abhängigkeit von der Temperaturvorwahl in dem hier interessierenden verhältnismäßig kleinen Temperaturintervall in hinreichender Näherung etwa umgekehrt gleich der Kennlinie des NTC-Widerstands ist. Mit dieser Schaltung ist außerdem der Vorteil verbunden, daß die I -"enerWarmung des NTC-Widerstands mit zunehme, ler Temperatur weitgehend vermieden wird.

fio Die Zeichnungen zeigen eine beispielsweise Auslührungsforni der Erfindung. Es zeigt

F i g. 1 eine Abgleichschaltung innerhalb eines Steuerleils mit nachgesehaUetem Schaltteil,

Fig. 2 den Kennlinienverlauf des NTC-Wider-

G5 stands in Abhängigkeit von der Temperatur und des Regelwiderstands mit parallel liegendem Festwiderstand in Abhängigkeit vom Drehwinkel sowie die sich daraus eruebendc Summenkurve.

Nach Fig. 1 besteht der Stcucrkreis I aus einem Schaltverstärker mit Differcnzeingang, der in der Diagonalen einer Wheatstonc'schen Brücke liegt. Die Wheatstone'sche Brücke besteht aus den durch die Widerstände R 1, R 2, R 3, R 4, R 5, R 6, R 7 gcbildctcn Brückenzweigen. Die Widerstände R 4, R 6, R 7 sind Festwiderstände, während der Widerstand R 5 i:ur Eineichung des Abgleiches dient, um nach einmal erfolgtem Eichvorgang in unveränderter Widerstandsgrößc zu verbleiben. Der transistorisierte Verstärker wird eingangsseitig mit einer Spannung beaufschlagt, die der Differenz des Spannungsabfalles in den beiden Brückenzweigen entspricht.

Im oberen Brückenzweig liegt der NTC-Widcrstand R 3, dessen einer Ausgang mit dem Regelkontakt K des Potentiometers bzw. Regelwiderstands R 1 verbunden ist. Dem Regelwidersland R 1 ist ein Festwiderstand R 2 parallel geschaltet, dessen Größe entsprechend auf den NTC-Widerstand abgestimmt ist. Der sich in Abhängigkeit von der Temperatur in seinem Widerstandswert ändernde NTC-Widerstand liegt somit in Reihe mit einer Widerstandsgröße, die sich aus dem momentan eingestellten Teilwiderstand des Potentiometers R 1 zwischen Regelkontakt und einem Festkontakt sowie dem zu dem Potentiometer parallel liegenden Festwiderstand R 2 zusammensetzt. Somit sind die variablen Widerstände innerhalb des oberen Brückenzweiges gegeneinander kompensierbar, wobei eine Vergrößerung des NTC-Widerstands durch eine Verkleinerung der Widerstandskombination des Potentiometers und des dazu parallel liegenden Festwiderstands erreicht wird. Wenn das Potentiometer, dessen Skala vorteilhafterweise auf Temperaturen in Grad Celsius geeicht ist. auf einen bcstimmten Soll-Wert eingestellt wird, liegt solange an dem Verstärkereingang eine Spannung an. wie der NTC-Widerstand nicht einen dazugehörigen Ist-Wert zufolge der Umgebungstemperatur besitzt. Hierbei wird immer dann, wenn die Differenz zwischen Ist-Wert und Soll-Wert einen vorwählbaren Pegel übersteigt, ein Steuerteil 2 betätigt. Innerhalb des Steuerteils 2 ist ein Relaisschalter oder ein Schütz vorgesehen, der je nach Schaltstellung die Betätigung der Heizungsanlage bei gemessenen Ist-Werten, die über dem eingestellten Soll-Wert liegen, ausschaltet, während er die Heizung bei unter dem Soll-Wert liegenden Ist-Werten einschaltet. Der Steuerteil wird entsprechend mit Gleichstrom beaufschlagt, welcher einem Zweiweggleichrichter innerhalb des Schaltteils, der über einen Transformator am Wechselstromnetz anliegt, entnommen wird.

Die in F i g. 1 als Ausführungsbeispiel einer Kornpensationsschaltung für Raumtemperaturregler wiedergegebene Ausführungsform mit einer linearen Temperaturskala für den Regelwiderstand R ί ist so bemessen, daß sie für einen hier interessierenden Temperaturbereich zwischen etwa 5° C bis etwa 30° C verwendbar ist. Der erfindungsgemäß zu dem linearen Potentiometer bzw. dem Regelwiderstand R 1 parallel gelegte Festwiderstand R 2 muß so bemessen sein, daß die summarische Kennlinie beider Widerstände in Abhängigkeit vom Drchwinkel des Rcgelkontaktes A.' annähernd derjenigen des verwcndelen NTC-Widerstands R 3 entspricht. Obwohl die Kennlinie des NTC-Widerstands gemessen über einen Temperaturbereich von etwa einer Widerstandsdckade im Idcalfall eine logarithmisch^ Kennlinie ist, kann dieselbe in dem verhältnismäßig geringen Temperaturintervall von 5° C bis 30° C in hinreichender Näherung durch eine solche angenähert bzw. kompcnsicit werden, die sich aus der Kombination der Widerstünde R I und R 2 ergibt, wobei nur der Spannungsabfall zwischen dem Regelkontakt K des Regel-Widerstands R 1 und einem Endkontakt dieses Widerstands summiert mit dem zu dem Potentiometer Hegenden Festwidersland R 2 interessiert.

In Fig. 2 ist der Kcnnlinienverlauf des NTC-Widerstands in Abhängigkeit von der Temperatur in dem hier interessierenden Tempcraturintervall dar- *° gestellt (s. NTC-Kurve). Wie aus der Abbildung weiter ersichtlich, ergibt die summarische Kennlinie der parallel liegenden Widerstände R 1 und R 2 in Abhängigkeit von dem Drehwinkel des Potentiometers bzw. Regelwiderstands einen fast gegenläufigen Verlauf (Kurve Rl 11 Ä 2). Zur Verdeullichung der Gegenläufigkeit beider Kennlinien stellt die rechte Kurve in der Abbildung die Summenkurve dar, die in hinreichender Näherung eine parallel zur Ordinate liegende Gerade ist, wobei der Eichpunkt bei 20° C liegt. Hierdurch wird deutlich, daß die Kennlinie des NTC-Widers-tands innerhalb eines interessierenden schmalen Temperaturintervalls von etwa 6° C bis 30° C bei richtiger Vorwahl der Widcrstände R 1 und R 2 hinreichend genau linear kompensicrt werden kann, so daß auch die Skala auf Hern beispielsweise verwendeten Dreh-Potentiometer eine lineare ist, das heißt, daß je Grad Celsius von dem Regelkontakt bzw. Drehknopf des Regelwiderstands R i ein gleicher Drehwinkel überstrichen wird. Obwohl die Summenkurve der Widerstände R 1 und R 2 in Abhängigkeit von dem Drehwinkel des Regelkontaktes naturgemäß keine logarithmische sein kann, ist der Teilabschnitt der im Idealfall über einen großen Temperaturbereich logarithmischen Kennlinie des NTC-Widerstands durch die vorgegebene Kurvenkrümmung in guter Näherung kompensierbar. Beispielsweise ist bei einer Kompensationsschalrung, die ganz allgemein für einen anderen Zweck als denjenigen des wiedergegebenen Raumtempcraturreglers verwendet werden kann, der quadratische Kennlinienverlauf einer Diode nach der gleichen ernndungsgemäß gegebenen Lehre zum technischen Handeln, die an die Stelle des NTC-Widerstands tritt, dadurch kompensierbar, daß der dem Regelwiderstand R 1 parallel liegende Festwiderstand R 2 durch eine einfache Kurzschlußbrücke ersetzt wird. Hierbei ist der Drehwinkel auf die Hälfte des vollen Drehwinkels zu begrenzen oder beizubehalten, wenn der Widerstand R 2 gleich dem Widerstand R 1 gewählt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1 2

Patentanspruch· robusten Anforderungen bei der Raumtemperalur-

regelung nicht gerecht würde. Darüber hinaus sind

Kompensationsschaltung, bestehend aus einer die Kosten solcher Anlagen derart hoch, daß nui Wheatstone'schen Briickenschaliung mit einem ein beschränkter Abnehmerkreis, etwa bei großen temperaturabhängigen Widerstand, der mit sei- 5 Industrieanlagen, hierfür in Frage käme,
nem einen als Regelkontakt ausgebildeten Ende Es ist in diesem Zusammenhang bekannt, als Meßeinen linearen Regelwiderstand abgreift, zu dem fühler einen NTC-Widerstand zu verwenden, dessen ein Festwiderstand parallel liegt, wobei der Fest- negativer Temperatur-Koeffizient in einer Widerwiderstand so bemssen ist. daß der nichtlineare Standsbrückenschaltung oder einem einfachen Ab-Kennlinienverlauf des temperaturabhängigen Wi- io gleichzweig zur Regelung der gewünschten Raumderstandes in Abhängigkeit von der Temperatur temperatur Verwendung findet.

in hinreichender Näherung demjenigen des aus Ein bekannter elektronischer Raumtemperatur-

der Summe der parallelliegenden Widerstände regler besteht aus einem Steuerteil und einem Schaltgebildeten Gesamnviderstandcs in Abhängigkeit teil, wobei innerhalb des Steuerteils ein Schaltverstärvon der Einstellung des Regelwiderstandes ent- 15 ker mit Diflerenzeingang in Form einer einstellbaren spricht, dadurch gekennzeichnet, daß Temperatur-Zweipunkt-Regelung verwendet wird, bei an sich bekannter Verwendung eines NTC- Der Eingang des Verstärkers liegt hierbei an dem Widerstandes (R 3) mit logarithmischer Kennlinie Abgleichpunkt eines Spannungsteilers, dessen einer der Regelwiderstand (R 1) in denselben Brücken- Zweig den NTC-Widerstand aufweist, während der zweig wie der temperaturabhängige NTC-Wider- 20 entsprechende andere Zweig ein variabel etnstellstand (R 3) geschaltet ist. bares Potentiometer besitzt.

Die Verwendung eines NTC-Widerstandes als tem -

peraturabhängiges Meßorgan ist bei der Raumtem -

peraturregelung vorteilhaft, da eine verhältnismäßig 25 große Signalspannung gewonnen wird und somit der

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kompensa- Steuerungsaufbau verhältnismäßig einfach und ofinc: tionsschaltung, bestehend aus einer Wheatstone'schen erhöhten Kostenaufwand möglich ist.
Brückenschaltung mit einem temperaturabhängigen Ein Nachteil der Verwendung von NTC-Wider-

Widerstand, der mit seinem einen, als Regelkontakt ständen bei der elektronischen Raumtemperaturausgebildeten Ende, einen linearen Regelwiderstand 30 steuerung liegt in der Kennlinie solcher Widerstände: abgreift, zu dem ein Festwiderstand parallel liegt, begründet. Bekanntlich verläuft die Widerstandswobei der Festwiderstand so bemessen ist, daß der kennlinie in Abhängigkeit von der Temperatur im nichtlineare Kennlinienverlauf des temperaturabhän- Idealfall logarithmisch. Eine genaue Kompensation gigen Widerstandes in Abhängigkeit von der Tempe- eines derartigen temperaturabhängigen Verlaufs ist ratur in hinreichender Näherung demjenigen des aus 35 somit über den gesamten Bereich gesehen nur durch der Summe der parailelliegenden Widerstände gc- einen Widerstand möglich, dessen variable Einstelbildeten Gesamtwiderstandes in Abhängigkeit von lung gleichfalls in Form eines logarithmischen Verder Hinstellung des Regelwiderstandes entspricht. laufs ausgeführt werden kann. Der von dem NTC-

In der Heizungstechnik, besonders bei Zentral- Widerstand gemessene Ist-Wert, das heißt die tat·· heizungsanlagen, ist es seit längerem bekannt, Ther- 40 sächlich in dem Raum vorhandene Temperatur, wird mostalc zu verwenden, über die das Heizmedium in der Steuerschaltung mit dem in einem Potentioauf eine bestimmte vorgebbare Temperatur eingestellt meter eingestellten Soll-Wert verglichen und die werden kann. Darüber hinaus ist es besonders in den Differenzgröße nach Verstärkung einem Schallschutz letzten Jahren aus Gründen einer rationelleren Be- für die Heizungsanlage od. dgl. zugeführt. Das zuir heizung von Räumen üblich geworden, in den zu 45 Einstellung des Soll-Wertes verwendete Potentio· beheizenden Räumen temperaturabhängige Meß- meter ist bei bekannten Raumtcmperaturreglern ein fühler an geeigneten Stellen anzubringen, die über negaliv-logarithmisches Potentiometer. Unter der eine Rückkoppelschaltung einen vorhandenen Ist- Idealvoraussetzung, daß der Verlauf des NTC-Widcr-Wcrt mit einem eingestellten Soll-Wert vergleichen, Standes tatsächlich ein logarithmischer ist, ermöglicht um über diese Rückkoppelung den Ist-Wert auf dem 50 nur ein solches Potentiometer, daß das Regelorgan Pegel des Soll-Werts zu halten. mit einer linearen Skala versehen sverden kann. Es ist

Derartige Rückkoppelungsschallungen sind ganz also beispielsweise bei einem negativ-logarithmischen allgemein so aufgebaut, daß der eingestellte Soll-Wert Drehpotentiometer möglich, die Gradeinteilung auf über ein Vergleichsorgan einem Regler zugeführt einer Skala so zu gestalten, daß für jede Gradeinheit wird, der die Stellgröße an ein Regelobjekt weiter- 55 bzw. eine konstante Temperaturdifferenz auch ein gibt, welches seinerseits das Vergleichsorgan beein- konstanter Drehwinkel vorgegeben ist.
tlußt, um dieses entsprechend der Regelabweichung Ncgativ-logarithmische Potentiometer, das heißt

zu beaufschlagen. solche, bei denen durch Rechtsdrehung des Stell -

In der Heizungstechnik müssen derartige Regel- knopfes eine höhere Temperatur einstellbar ist, sind kreise bei hinreichend genauer TempcraUii vorwahl 60 jedoch nicht nur teuer, weil sie nicht serienmäßig in ihrem Aufbau verhältnismäßig einfach und stör- hergestellt werden, sondern darüber hinaus sind unanfällig ausgebildet sein. Dabei ist es nicht vor- logarithmische Potentiometer auch noch ganz allgerangig erforderlich, als temperaturempfiiuHichcn mein mit einer hohen Fehlcrtoleranz versehen. Die Fühler zur Feststellung des Ist-Wertes ein so genau zur Zeit handelsüblichen derartigen Potentiometer anzeigendes Organ wie ein Kontakt-Thermometer 65 besitzen beispielsweise eine Toleran:' von t 20 "/.> oder ein Thermo-Hlement zu verwenden, da die dos Nennwertes und weisen darüber hinaus noch grö Verwendung derartiger Meßfühler einen komplizier- ßcie Fehler im Kennlinienverlauf auf.
ten Regelkreis bedingen, der den verhältnismäßig Zur Vermeidung der genannten iKuiiii\en F.igen-