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Schaltungsanordnung zur Temperatursteuerung
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Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung nach dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
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Eine Anordnung dieser Art, die auch als Thermostat bezeichnet wird,
erzeugt ein temperaturabhängiges Steuersignal z.B. für einen Ofen, eine Klimaanlage
o.ä., wobei meist ein Bimetallelement vorgesehen ist, das abhängig von der Umgebungstemperatur
eine bestimmte mechanische Position einnimmt. Die gewünschte Temperatur kann dabei
voreingestellt werden, indem ein elektrischer Kontakt relativ zu dem Bimetallelement
so bewegt wird, daß ein Ausgangssignal abgegeben wird, wenn die Umgebungstemperatur
den so voreingestellten Wert erreicht. Um eine automatische Variation dieses voreingestellten
Wertes innerhalb eines 24-Stunden-Zyklus zu ermöglichen, sind bereits Thermostate
bekannt,in denen eine Uhr vorgesehen ist, die verschiedene Einstellungen des Thermostaten
zu unterschiedlichen Zeiten vornimmt. Wird ein solcher Thermostat beispielsweise
in einer Wohnung zur Steuerung eines Ofens verwendet, so wird damit eine Temperaturabsenkung
während der Nacht und zu anderen Zeiten möglich, zu denen der Wohnungsbesitzer normalerweise
abwesend ist. Solche programmierbaren Anordnungen erlauben beispielsweise die Unterteilung
eines 24-Stunden-Zyklus in zwei Blocks einstellbarer Länge, so daß für jeden Block
eine andere Temperatureinstellung möglich ist.
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Im Hinblick auf den Vorteil relativ geringer Kosten und hoher Zuverlässigkeit
elektronischer Schaltungen werden in Industrieanlagen oft Temperaturfühler verwendet,
die ein elektronisches Bauelement enthalten, dessen elektrische Eigenschaften sich
abhängig von der Temperatur ändern. Ein solches Bauelement ist beispielsweise ein
Thermistor. Bei der Verwendung als Thermortate sind solche Vorrichtungen aber relativ
kompliziert, da sie besondere Schaltungen zur Erzeugung einer analogen Spannung
benötigen,
die proportional dem voreingestellten Wert ist, und außerdem einen Vergleicher erfordern,
der mit der analogen Spannung und dem Ausgangssignal des temperaturempfindlichen
Bauelements angesteuert wird. Es ist zwar möglich, eine 24-Stunden-Uhr zusätzlich
zu einem solchen analogen Thermostaten vorzusehen, jedoch macht ein Uhrenmechanismus
möglicherweise die Vorteile der elektronischen Bauelemente gegenüber mechanischen
Elementen wieder zunichte.
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Unabhängig von diesen Entwicklungen der Thermostate wurden in den
letzten Jahren digitale elektrische Schaltungen wesentlich billiger, da integrierte
Schaltungen entwickelt wurden, die eine große Zahl digitaler Anordnungen auf einem
einzigen Halbleiterplättchen vereinigen. Wenn die Anfangskosten für eine bestimmte
integrierte Schaltung amortisiert sind, so können große Mengen komplizierter Schaltungen
danach mit sehr geringen Kosten gefertigt werden. Dieser Vorteil führte beispielsweise
zu billigen Elektronenrechnern und digitalen Uhren.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung
zur Temperatursteuerung anzugeben, die mit digitalen Schaltungen arbeitet, so daß
sie in integrierter Technik und Massenherstellung gefertigt werden kann. Eine solche
Schaltungsanordnung soll sich gegenüber bisherigen Thermostatanordnungen durch niedrige
Kosten und höhere Zuverlässigkeitauszeichnen und außerdem auch mehrere Hilfsfunktionen
erfüllen, zu deren Verwirklichung bei Thermostaten bisheriger mechanischer oder
analoger Art extrem hohe Zusatzkosten verursacht würden.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Bei einer Schaltungsanordnung nach der Erfindung ist ein Oszillator
vorgesehen, der ein elektronisches Bauelement enthält, dessen Eigenschaften sich
abhängig von der Ungebunystemperatur ändern, so daß die Frequenz des Oszillators
temperaturabhängig ist. Die Anordnung enthält ferner eine Schaltung, deren Ausgangssignal
sich periodisch ändert und konstante Frequenz hat. Hierzu kann beispielsweise ein
sehr stabiler Oszillator vorgesehen sein. Auch kann die elektrische Wechselstromversorgung
zur Ableitung eines solchen Signals ausgenutzt werden.
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Das frequenzkonstante Signal wird auf zwei Arten genutzt: Zunächst
erzeugt es ein Zeitbezugssignal, das wiederum die Ableitung eines temperaturabhängigen
Signals aus dem Ausgangssignal des temperaturabhängig arbeitenden Oszillators ermöglicht.
Ferner dient es als Eingangssignal für mehrere digtale Teilerschaltungen, die Zeitsignale
erzeugen. Die Zeitsignale können ein Jahressignal, ein Monatssignal, ein Tagessignal,
ein Stundensignal, ein Minutensignal und ein Sekundensignal sein. Diese Zeitsignale
dienen zur Abfrage eines digitalen, programmierbaren Speichers, der ein Zeit-Temperaturmuster
speichert. Es handelt sich dabei um eine Speicherung der qewünschten Temperatur
zu jedem Zeitpunkt innerhalb eines sich wiederholenden Zeitraums, beispielsweise
eines Tages, einer Woche, eines Monats oder eines Jahres. Das von dem Speicher durch
das Zeitsignal abgeleitete Temperaturvorgabesignal wird dann mit dem jeweils aktuellen
Temperatursignal verglichen, und die daraus erhaltene Differenz dient zur Erzeugung
eines Steuersignals für den Ofen, eine Klimaanlage oder ähnliche Einrichtung, wobei
dieses Steuersignal entweder ein Proportionalsignal oder ein Ein-Aus-Signal sein
kann.
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Das Auftreten eines Ausgangssignals am Thermostaten kann so eingestellt
werden, daß die Zeit ausgeglichen wird, die die zu
steuernde Vorrichtung
zur Beeinflussung der Temperatur am Thermostaten benötigt. Ist die Vorgabetemperatur
beispielsweise 210C und fällt die vom Thermostaten festgestellte Temperatur ab,
so kann das Steuersignal für die zu steuernde Vorrichtung beispielsweise bei 21,50C
einsetzen. Dieses "Kompensationssignal" kann einstellbar sein und durch das System
als eine Funktion der Änderungsgeschwindigkeit der Temperatur oder abhängig von
extern festgestellten Faktoren wie z.B. Außentemperatur eines Gebäudes abgeleitet
werden.
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Bei einem Ausführungsbeispiel der Schaltungsanordnung kann eine Dezimalanzeige
vorgesehen sein, die die aktuelle Temperatur, die eingestellte Vorgabetemperatur
und/oder die Zeit anzeigt. Diese Größen können kontinuierlich oder sequentiell angezeigt
werden. Die Anzeige kann beispielsweise abwechselnd das Datum, die Zeit und die
aktuelle Temperatur wiedergeben.
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Wird eine Angabe der Außentemperatur gewünscht, so ist deren Anzeige
in ähnlicher Weise möglich.
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Die Anzeige kann auch zur Programmierung des Zeit-Temperaturmusters
im Speicher mittels manuell zu betätigender Einstellelemente verwendet werden. Die
Eingabevorrichtung hat dann beispielsweise die Form mehrerer billiger Drucktasten,
wie sie auch bei digitalen Uhren verwendet werden. Mit einer Drucktaste wird die
Vorrichtung dann zwischen dem Normalbetrieb und dem Einstellzustand umgeschaltet.
Eine weitere Drucktaste wählt das zu beeinflussende Register aus, mit dem beispielsweise
das jeweilige Datum, die aktuelle Zeit, die Vorgabezeit, das Vorgabedatum oder die
Temperatur gespeichert werden. Eine dritte Drucktaste kann zur Eingabe dieser Funktionen
dienen, die dann während der Einstellung laufend angezeigt werden.
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Die Drucktasten oder andere manuell zu betätigende Einstellelemente
ermöglichen die Eingabe einer bestimmten Startzeit
und eines Startdatums
in den Speicher sowie deren Anzeige.
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Auch ermöglichen sie die Eingabe und Anzeige einer Temperatur für
einen Zeitraum, der mit dem zuvor eingegebenen Zeitpunkt beginnt. Dann kann die
Endzeit einer bestimmten Periode und die Startzeit der nächsten Periode sowie die
für diese Periode vorgegebene Temperatur eingegeben werden. Dieser Prozeß setzt
sich fort, bis die gesamte durch die Steuerung zu erfassende Periode eingegeben
ist. Beispielsweise kann der Zeitraum einer Woche eine geeignete Zyklusperiode sein.
Eine relativ hohe Temperatur kann in den Speicher für solche Perioden während der
Woche eingegeben werden, wenn das Haus bewohnt ist und die Nachtruhe der Hausbewohner
normalerweise endet. Niedrigere Tempetaturen können für Nachtzeiten und für solche
Zeiten eingegeben werden, zu denen die Bewohner abwesend sind.
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Das Programm kann auch so aufgebaut werden, daß das Haus kurz vor
dem Ende der Nachtruhe oder vor der Rückkehr der Hausbewohner bereits aufgeheizt
wird.
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Die Möglichkeit, einen vollständigen Zeitzyklus von Temperaturen über
lange Perioden zu programmieren, führt zu beachtlichen Energieeinsparungen, da für
solche Zeiten, in denen die Heizung oder die Kühlung ohne Beeinträchtigung der Hausbewohner
reduziert werden können, ein verringerter Brennstoff- oder Leistungsverbrauch auftritt.
Dieselben Gesichtspunkte gelten auch in ähnlicher Weise für kommerzielle oder industrielle
Nutzung der Schaltungsanordnung.
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Es ist auch möglich, ein Normalprogramm zu bestimmten Zeiten durch
eine programmierte Temperatur zu ersetzen. Wollen die Hausbewohner das Haus beispielsweise
für das Wochenende verlassen, so können sie eine niedrigere Temperatur für diesen
Zeitraum einprogrammieren, wobei dann ein Aufheizzyklus kurz vor ihrer Rückkehr
vorgesehen wird. Nach Ablauf dieses Sonderzeitraums wird die Steuerung dann ihren
normalen Programmzyklus fortsetzen.
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Die elektrische Speisung der Schaltungsanordnung erfolgt vorzugsweise
mit einer Wechselstromquelle, beispielsweise über die Sekundärwicklung eines Transformators,
der auch das Elektromagnetventil für den Kraftstoff eines Ofens speist. Der Schaltausgang
des Thermostaten ist vorzugsweise mit der zu steuernden Vorrichtung in Reihe an
die Speiseleitung angeschlossen. Wenn der Schaltausgang offen ist, so daß die zu
steuernde Vorrichtung abgeschaltet ist, so wird die elektrische Leistung für die
Steuerung an den Anschlüssen des Schalters verfügbar. Wenn der Schaltausgang geschlossen
ist, so daß die zu steuernde Vorrichtung gespeist wird, so kann die Wechselspannung
für die Steuerung an einem kleinen Widerstand abgenommen werden, der mit der zu
steuernden Vorrichtung und der Speiseleitung in Reihe geschaltet ist.
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Es ist zwar möglich, ein analoges elektrisches Signal mit einer temperaturabhängigen
Amplitude aus dem Augangssignal variabler Frequenz des temperaturabhängig arbeitenden
Oszillator ohne irgendeinen Zeitbezug abzuleiten. Die Verwendung einer Analogschaltung
kompliziert jedoch den Aufbau und erhöht die Kosten der Schaltungsanordnung gegenüber
einer insgesamt digitalen Technik. Die Ableitung eines digitalen Signals mit einem
temperaturabhängigen Wert erfordert irgendeine Art eines Zeitbezugs für den Oszillator
mit temperaturabhängiger Frequenz.
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Ein vorzugsweises Ausführungsbeispiel der Erfindung arbeitet mit integrierten
Halbleiterschaltungen, mit denen alle digitalen Funktionen einschließlich derjenigen
des Oszillators, der Zeitbezugsschaltung, des Speichers und der Vergleicher verwirklicht
werden. Diese Schaltung kann aus einer oder mehreren integrierten Einzelschaltungen
aufgebaut sein, die mit der Anzeige, dem Temperaturfühler, einer Programmeingabevorrichtung
und dem Ausgangs schalter sowie untereinander verbunden
sind. Der
Ausgangsschalter kann ein Halbleiterschalter oder ein mechanischer Schalter sein.
Wird ein Halbleiterschalter verwendet, so kann er ggf. auch Teil der integrierten
Schaltung sein, was von verschiedenen ökonomischen und technischen Faktoren abhängt.
Die Logikschaltungen der Schaltungsanordnung sind vorzugsweise in einem in geeigneter
Weise programmierten Mikroprozessor vereinigt.
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Die durch die Schaltungsanordnung verursachten Kosten sind mit denen
eines Elektronenrechners oder einer Digitaluhr vergleichbar. Diese liegen niedriger
als diejenigen von Bimetallthermostaten, die mit der Schaltungsanordnung ersetzt
werden können, wobei zusätzlich noch zahlreiche weitere Funktionen verwirklicht
werden können.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Schaltungsanordnung
ergeben sich aus der folgenden Bescjireibung anhand der Figuren. Es zeigen: Fig.
1 ein Blockdiagramm einer Schaltungsanordnung nach der Erfindung in Verbindung mit
einer zu steuernden, elektrisch gespeisten Vorrichtung, Fig. 2 eine Blockdarstellung
bestimmter Funktionseinheiten der in Fig. 1 gezeigten Schaltungsanordnung und Fig.
3 ein Blockdiagramm einer anderen Anordnungsmöglichkeit von Funktionseinheiten der
Schaltungsanordnung nach Fig. 1.
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In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung nach
der Erfindung dargestellt, die mit einer Schaltung 10
zur Erzeugung
eines stabilen Ausgangssignals arbeitet.
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Diese Schaltung kann beispielsweise ein stabiler Osfillator sein,
der möglicherweise quarzgesteuert ist, oder sie kann ein periodisch einzuschaltendes
Ausgangssignal abgeben, wozu dann als Zeitbezug die Frequenz der Stromversorgung
dient, wie noch beschrieben wird. Die wichtigste Eigenschaft der Schaltung 10 besteht
darin, daß sie unempfindlich gegenüber der Umgebungstemperatur am Thermostaten ist,
und zwar mindestens innerhalb des normalen Betriebsbereichs der Gesamtvorrichtung.
Ihr Ausgangssignal ist ein bivalentes elektrisches Signal, das periodisch seinen
Zustand ändert. Es kann auch als Taktsignal bezeichnet werden. Handelt es sich um
ein analogvariables Signal, beispielsweise um ein sinusförmiges Signal, so kann
eine geeignete Signalformungsschaltung, beispielsweise ein Nulldurchgangsdetektor,
zur Umsetzung eines solchen Signals in ein bivalentes Signal vorgesehen sein.
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Das Ausgangssignal der Schaltung 10 ist auf eine Teilerkette 12 geführt,
die Zeitsignale erzeugt. Dies sind Ausgangssignale, die ihren Zustand in Abständen
einer Sekunde, einer Minute, einer Stunde und eines Tages ändern. Bei anderen Ausführungsmöglichkeiten
der Erfindung kann die Teilerkette auch zusätzliche Signale abgeben, die ihren Zustand
inAbständen eines Monats und eines Jahres ändern, jedoch wird vorzugsweise ein Zyklus
von einer Woche vorgesehen, so daß kein Monats- oder Jahressignal erforderlich ist.
Die Teilerkette 12 kann den Vorrichtungen entsprechen, die auch in Digitaluhren
oder anderen elektronischen Uhren verwendet werden.
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Die Taktschaltung 10 liefert ihr Ausgangssignal auch an einen Temperaturdetektor
14. Alternativ kann dieses dem Temperaturdetektor 14 zugeführte Signal auch aus
einer Stufe der
Teilerkette 12 abgeleitet sein, was durch eine
gestrichelte Linie 16 angedeutet ist.
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Ein zweites Eingangssignal erhält der Temperaturdetektor 14 von einem
Oszillator 18 variabler Frequenz, der von einem wärmeabhängig arbeitenden Bauelement
20 gesteuert wird. Dieses ist physikalisch so auf dem Thermostaten angeordnet, daß
es der Umgebungstemperatur ausyesetzt ist. Es ändert seine elektrischen Eigenschaften
abhängig von der Umgebungstemperatur mindestens in dem normalen Betriebsbereich
des Thermostaten. Beispielsweise kann das temperaturabhängig arbeitende Element
20 ein Thermistor sein, der an eine Stromversorgung angeschlossen ist und eine Spannung
an den Ozsillator 18 abgibt, die eine Funktion der Umgebungstemperatur im Bereich
des Thermostaten ist. Das Element 20 kann deshalb auch als Wärmefühler bezeichnet
werden. Der Oszillator ist dann eine spannungsgesteuerte Schaltung und gibt ein
periodisch variables Ausgangssignal ab, dessen Frequenz von der Umgebungstemperatur
abhängt. Alternativ kann das Element 20 auch direkt im Oszillator 18 angeordnet
sein, wobei es dann z.B. in den Tankkreis des Oszillators 18 eingeschaltet ist.
Der Oszillator 18 und das temperaturabhängig arbeitende Element 20 bilden gemeinsam
einen Generator für ein Signal, dessen Frequenz temperaturabhängig ist.
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Der Temperaturdetektor 14 wird von dem Zeitbezugssignal gesteuert,
das von dem Taktgenerator 10 abgeleitet ist,und erzeugt ein temperaturabhängiges
digitales Signal aus den Ausgangssignalen des Oszillators 18. Der Temperaturdetektor
14 kann mit verschiedenen Schaltungen arbeiten, von denen einige im folgenden noch
erläutert werden. Beispielsweise kann er mit den beiden Eingangssignalen gesteuerte
Zähler enthalten,
deren Zustände periodisch beispielsweise durch
Subtraktion verglichen werden, wodurch sich dann ein temperaturabhängiges Signal
ergibt. Alternativ kann ein Eingang der Schaltung auch zum Aufwärtszählen eines
Zweirichtungszählers und der andere Eingang zu dessen Abwärtszählen dienen. Die
Zählerstände dieses Zählers können in regelmäßigen Intervallen geprüft werden und
liefern dann ein temperaturabhängiges Signal.
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Die Ausgangssignale der Teilerkette 12 dienen zur Abfrage eines gemäß
einer Zeit-Temperaturcharakteristik programmierten Speichers 22, der für einen vorbestimmten
Zeitpunkt eine gewünschte Temperatur angibt, die jeweils in ihm gespeichert ist.
Gemäß einem vorzugsweisen Ausführungsbeispiel der Erfindung arbeitet die Steuerung
mit einem Wochenzyklus, und der Speicher 22 enthält für alle Zeitpunkte innerhalb
dieses Wochenzyklus die jeweils gewünschten Temperaturwerte. Diese Werte werden
einem Vergleicher 24 zugeführt, der auch das jeweils aktuelle Temperatursignal von
dem Temperaturdetektor 14 erhält. Der Vergleicher 24 liefert ein Ausgangssignal,
dessen Charakteristik von seinen beiden Eingangssignalen abhängt. Das Ausgangssignal
kann ein bivalentes Signal werden, dessen einer Wert dann vorliegt, wenn die aktuelle
Temperatur höher als die Vorgabetemperatur ist, und dessen anderer Wert dann vorliegt,
wenn die aktuelle Temperatur kleiner als die Vorgabetemperatur ist. Alternativ kann
der Vergleicher 24 auch ein proportionales Ausgangssignal erzeugen, das die Differenz
zwischen der aktuellen und der Vorgabetemperatur angibt.
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Das Ausgangssignal des Vergleichers 24 könnte auch so modifiziert
sein, daß weitere Faktoren berücksichtigt sind, beispielsweise die Verzögerung zwischen
der Zeit der Einschaltung und der Zeit, zu der eine Temperaturänderung tatsächlich
den Thermostaten erreicht, d.h. das Ausgangssignal des
Vergleichers
24 könnte so eingestellt sein, daß es ein Schaltkriterium enthält, wenn die aktuelle
Temperatur sich in Richtung der Vorgabetemperatur ändert, sie jedoch noch nicht
erreicht hat. Wenn die zu steuernde Vorrichtung 26 beispielsweise ein Ofen ist,
so könnte ein Ausgangssignal von dem Vergleicher 24 abgegeben werden, wenn die aktuelle
Temperatur abfällt und einen vorbestimmten Wert oberhalb der Vorgabetemperatur erreicht.
Zu diesem Zweck kann der Vergleicher 24 ein Eingangssignal von einem externen Temperaturfühler
28 erhalten, so daß dann der Grad dieser Versetzung abhängig von dem Unterschied
zwischen der aktuellen Temperatur und der AuBentemperatur gemacht werden kann, denn
die aktuelle Temperatur ändert sich mit einer Geschwindigkeit, die von dieser Differenz
abhängt. In weiteren möglichen Ausführungsformen kann der Vergleicher auch eine
Schaltung zur Berechnung der Anderungsgeschwindigkeit der aktuellen Temperatur enthalten,
um so den Voreilungsfaktor einstellen zu können.
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Das Ausgangssignal des Vergleichers 24 steuert einen Ausgangsschalter
30. Dieser Schalter ist beispielsweise mit einer elektrischen Stromquelle 32 und
der zu steuernden Last 26 in Reihe geschaltet, so daß die letztere eingeschaltet
wird, wenn der Ausgangsschalter 30 geschlossen ist. Der Ausgangsschalter 30 kann
Arbeitskontakte enthalten, die entweder mechanisch oder als Halbleiterschalter ausgebildet
sind. Wenn der Vergleicher 24 ein proportionales Ausgangssignal abgibt, so kann
das Ein-Ausschaltverhältnis des Ausgangsschalters 30 gemäß einer vorgegebenen Speisung
der zu steuernden Vorrichtung 26 eingestellt werden.
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Die Stromversorgung für die Schaltung wird vorzugsweise von der Stromquelle
32 abgeleitet, wozu eine Verbindung mit den geöffneten Schalterkontakten oder ein
Reihenwiderstand 31
im Ausgangsstromkreis bei geschlossenen Kontakten
vorgesehen sein kann.
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Das in dem Speicher 22 gespeicherte Programm wird durch eine geeignete
Programmeingabevorrichtung 34 eingegeben und modifiziert. Bei einem vorzugsweisen
Ausführungsbeispiel der Erfindung ist hierzu ein Tastensatz vorgesehen, der Zahlen-und
Befehlstasten aufweist. Alternativ können als Eingabevorrichtung auch Drucktasten
der Art vorgesehen sein, wie sie in digitalen Uhren verwendet werden. Ferner können
auch Einstellknöpfe oder ähnliche Einstellelemente verwendet werden.
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Eine Anzeige 36, vorzugsweise eine Flüssigkristallanzeige, erhält
Binärsignale von einer Treiberschaltung 38. Bei anderen Ausführungsformen der Erfindung
kann als Anzeige auch ein Leuchtdiodenfeld, eine Plasmaanzeige o.ä. vorgesehen sein.
Die Treiberschaltung empfängt ein aktuelles Temperatursignal von dem Temperaturdetektor
14, ein Zeitsignal von der Teilerkette 12, ein Vorgabetemperatursignal für den jeweiligen
Zeitpunkt von dem Speicher 22 und ein allgemeines Ausgangssignal des Speichers 22
über die Leitung 40. Bei Normalbetrieb liefert die Treiberschaltung 38 Signale an
die Anzeige 36, so daß diese sequentiell die Zeit, die aktuelle Temperatur und die
Vorgabetemperatur anzeigt. Alternativ können auch andere Informationen, beispielsweise
die mit dem Temperaturfühler 28 festgestellte Außentemperatur, angezeigt werden.
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Wenn die Eingabevorrichtung 34 zur Eingabe oder Modifizierung eines
im Speicher 22 enthaltenen Programms dient, so wird die Treiberschaltung 38 durch
das Signal der Eingabevorrichtung 34 angesteuert, welches eine Anzeige der Informationen
bewirkt, die von der Eingabevorrichtung 34 an den Speicher 22 übergeben werden.
Diese Steuerung erfolgt über
die Leitung 40. Die von dem Programmierer
in die Eingabevorrichtung 34 jeweils eingegebene Information wird auf diese Weise
gleichzeitig mit der Anzeige 36 dargestellt.
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Einige Funktionseinheiten der in Fig. 1 gezeigten Schaltung sind deutlicher
in Fig. 2 dargestellt und werden im folgenden erläutert.
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Der Taktgenerator 10 hat vorzugsweise die Form eines 60 tiz-Generators
50, der einen Nulldurchgangsdetektor 52 ansteuert.
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Der Nulldurchgangsdetektor 52 liefert immer dann einen Ausgangsimpuls,
wenn sein Eingangssignal den Wert Null durchläuft.
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Eine bistabile Schaltung 54 setzt das Ausgangssginal des Nulldurchgangsdetektors
52 in ein Rechtecksignal um.
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Die Ausgangssignale des Nulldurchgangsdetektors 54 werden der Teilerkette
12 zugeführt, die Ausgänge für Minuten, Stunden, Vormittag/Nachmittag und Tag hat.
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Das Ausgangssignal der bistabilen Schaltung 54 wird auch einem Zähler
56 zugeführt, der in dem Temperaturdetektor 14 enthalten ist. Ähnlich wird das Ausgangssignal
des frequenzvariablen Oszillators 18 einem weiteren Zähler 58 zugeführt. Die Ausgangssignale
dieser beiden Zähler 56 und 58 werden einer Subtraktionsschaltung 60 zugeführt,die
in regelmäßigen Intervallen abhängig von einem Signal am Minutenausgang der Teilerkette
12 eine Subtraktion durchführt. Dieses Signal bewirkt auch eine Freigabe des Zählers
56 und 58. Somit wird in jeder Minute nach einer Subtraktion ein Signal abgegeben,
das gleich dem Unterschied zwischen den Frequenzen des Taktsignals und des Temperatursignals
ist.
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Der programmierte Speicher 22 enthält einen Speicher mit wahlfreiem
Zugriff, der aus vier Abschnitten besteht, und zwar
einer Tagesplanmatrix
62 und drei weiteren Planabschnitten 64, 66 und 68. Die Planabschnitte enthalten
jeweils einen vollständigen 24-Stunden-Zeit-Temperaturzyklus. Ein typischut Plan
kann folgendermaßen ablaufen: 0.00 Uhr - 7 Uhr - 180; 7 Uhr - 9 Uhr -210; 9 Uhr
- 17.30 Uhr - 130; 17.30 Uhr - 23.30 Uhr - 210; 23.30 Uhr - 0.00 Uhr - 180. Ein
typischer Tagesplan bei unbewohntem Haus kann beispielsweise 0.00 Uhr - 0.00 Uhr
- 130 sein.
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Drei derartige Pläne sind in die Speicherabschnitte 64, 66 und 68
eingegeben. Es können auch weitere Planabschnitte vorgesehen sein.
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Die Tagesplanmatrix 62 enthält Informationen darüber, welcher Plan
an einem bestimmten Tag zu benutzen ist. Beispielsweise kann für Montag bis Freitag
der Plan A, für Samstag der Plan B und für Sonntag der Plan C dienen.
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Ein bestimmter Plan aus der Tagesplanmatrix 62 wird mit dem Tagesausgangssignal
der Teilerkette 12 ausgewählt. Dadurch steuert die Matrix 62 eine von drei Torschaltungen
70a, b oder c an, wodurch einer der drei Planabschnitte 64, 66 oder 68 mit einem
Vergleicher 72 verbunden wird. Der Vergleicher 72 erhält auch das Minuten-, Stunden-
und Vormittag/Nachmittag-Ausgangssignal der Teilerkette 12. Er vergleicht dieses
Zeitsignal mit einem Signal des ausgewählten Plans und gibt ein Ausgangssignal an
den Vergleicher 24 ab, welches die zu dem jeweiligen Zeitpunkt vorgegebene Temperatur
angibt.
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Es können auch andere Programmgestaltungen vorgesehen sein.
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Beispielsweise kann der Thermostat einfach nur auf Tagesbasis oder
Monatsbasis programmiert sein.
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In Fig. 3 sind weitere alLernative Funktionseinheiten für die Schaltungsanordnung
nach Fig. 1 dargestellt. Diese Einheiten ermöglichen die Steuerung eines Temperatursystems
für eine Klimaanlage 80 und einen Luftheizer 82, beispielsweise einen Ofen oder
eine ähnliche Einrichtung. Diese Ausführungsform des Thermostaten enthält auch programmierbare
Einheiten zur Einstellung der Temperaturerzeugung derart, daß Ungenauigkeiten des
temperaturabhängig arbeitenden Oszillators hinsichtlich Grund frequenz und Frequenzänderung
abhängig von der Temperatur kompensiert werden.
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Das System enthält einen wärmeabhängig arbeitenden Oszillator 84.
Die Frequenz dieses Oszillators kann folgendermaßen ausgedrückt werden: f = kt +
fO wobei f = Oszillatorfrequenz t = Temperatur fo= Grundfrequenz des Oszillators
bei einer vorgegebenen Temperatur k = konstant.
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Wegen Herstellungstoleranzen kann es erforderlich sein, den Oszillator
durch Einstellung der Grundfrequenz und der Konstanten zu kompensieren. Hierzu gibt
die Schaltungsanordnung nach Fig. 3 das Ausgangssignal des Oszillators 84 an einen
Zähler 86 weiter, der wiederum periodisch durch ein Signal freigegeben wird, welches
von einem Taktsignalgenerator 88 abgegeben wird. Der Inhalt des Zählers 86 wird
jeweils bei einem Freigabevorgang einer Subtraktionsschaltung 90 zugeführt, die
ferner ein digitales Signal von einer Schaltung 92 erhält, in der eine Grundtemperatureinstellung
gespeichert ist. Der Inhalt dieses Registers 92 kann mit einer Programm quelle 94
entweder bei der Herstellung oder beim Betrieb eingestellt werden.
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Das Ausgangssignal der Subtraktionsschaltung 90 wird über einen Teiler
96 geführt, der dieses Signal durch ein Signal teilt, welches von einem Register
98 abgegeben wird. Dieses Register 98 enthält eine Zahl, die die Änderungsgeschwindigkeit
der Frequenz abhängig von der Temperatureinstellung bestimmt. Der Inhalt des Registers
98 wird gleichfalls mit der Programmquelle 94 eingestellt.
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Das Ausgangssignal des Teilers 96 liefert einen genauen Meßwert der
aktuellen Temperatur. Die Einstellung des Registers 92 bewirkt auch eine Einstellung
der Grundfrequenz des Oszillators.
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Eine Einstellung des Registers 98 modifiziert die Änderungsgeschwindigkeit
des Ausgangssignals zum Teiler 96 abhängig von der Temperatur.
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Das Ausgangssignal des Teilers 96 wird zwei Vergleichern 100 und 110
zugeführt. Der Vergleicher 100 erhält ferner das Ausgangssignal eines Addierers
104, der einen Voreilungsfaktor aus einem Register 106 zu dem Vorgabetemperatursignal
aus dem Speicher 22 oder einer ähnlichen Quelle addiert. Dieser Voreilungsfaktor
kann beispielsweise 20C sein, so daß bei einer Vorgabetemperatur von 210 das Ausgangssignal
des Addierers 104 eine digitale Zahl ist, die einer Temperatur von 230 entspricht.
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Ähnlich wird der im Register 106 gespeicherte Voreinstellungsfaktor
von dem Vorgabetemperatursignal in einer Subtraktionsschaltung 108 subtrahiert,
deren Ausgangssignal dem weiteren Vergleicher 110 zugeführt wird. Ist die aktuelle
Temperatur 210 und beträgt der Voreilungsfaktor 20, so gibt die Subtraktionsschaltung
108 ein digitales Ausgangssignal entsprechend 190 ab.
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Wenn die aktuelle Temperatur das Ausgangs signal des Addierers 104
überschreitet, so wird an einen Ausgangsschalter 112 ein
Signal
abgegeben, welches diesen schließt. Der Schalter 112 schaltet dann die Anlage 80
ein. Liegt das aktuelle Temperatursignal des Teilers 96 unter dem Ausgangssignal
der Subtraktionsschaltung 110, so wird ein Signal an einen Ausgangsschalter 114
abgegeben, der die Heizung 82 einschaltet.
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Bei der vorstehend beschriebenen Vorrichtung ergibt sich also eine
Toleranzzone, die dem doppelten, im Register 106 eingestellten Wert entspricht.
Wenn die Temperatur die obere Grenze dieser Toleranzzone überschreitet, so wird
die Klimaanlage ein geschaltet, und wenn die Temperatur unter die untere Grenze
fällt, so wird die Heizung eingeschaltet.
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Es ist ferner möglich, separate Voreilungsfaktoren für die Klimaanlage
und für die Heizung vorzusehen. Der jeweilige Faktor kann dann von der Programmquelle
94 her eingestellt bzw.
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programmiert werden.
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