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Die Erfindung betrifft eine Temperaturmeß- und Temperaturüberwachungsschaltungsanordnung,
vorzugsweise für Thermostate, unter Verwendung von Verstärkern und eines Alarmrelais.
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Zur Überwachung der Frequenzkonstanz bei Trägerfrequenzsystemen ist
es häufig erforderlich, die Schwankungen der Thermostattemperaturen der Trägergeneratoren
zu messen und bei bevorstehendem Überschreiten eines zulässigen Schwankungsbereiches,
vor der Überschreitung, Alarm auszulösen.
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Bei Abweichungen der Betriebstemperatur von ihrem Sollwert von mehr
als + 50 C ist es bekannt, zur Auslösung des Alarms einen Bi-Metall-Schalter zu
verwenden. Für kleinere Sollwertabweichungen ist jedoch ein solcher Schalter ungeeignet.
Außerdem ist er auf Grund seines besonderen mechanischen Aufbaus stets störanfälliger
als ein entsprechender elektronischer Schalter.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Temperaturmeß- und Temperaturüberwachungsschaltung
zu schaffen, bei der die Nachteile, wie sie bei Anwendung des vorgenannten Bi-Metall-Schalters
auftreten, vermieden werden.
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Die Temperaturmeß- und Temperaturüberwachungsschaltungsanordnung
wird gemäß der Erfindung derart ausgebildet, daß jede der Ausgangselektroden zweier
jeweils einen Differenzverstärker bildender Transistoren über mindestens eine im
Normalbetriebsfall im Sperrzustand und im Alarmfall im Zenerbereich arbeitende Zenerdiode
mit dem Eingang eines Gleichstromverstärkers, in dessen Ausgangskreis ein Alarmrelais
liegt, verbunden ist und die Steuerelektrode des einen Transistors an einem Spannungsteiler,
der einen zur Temperaturfühlung geeigneten temperaturabhängigen Widerstand enthält,
und die Steuerelektrode des anderen Transistors an einem aus Zenerdioden bestehenden
Spannungsteiler liegt. Durch diese Maßnahmen erhält man eine Schaltung, die praktisch
trägheitslos die am Thermostat auftretenden Temperaturschwankungen anzeigt und Alarm
auslöst. Außerdem ist es mit einer derartigen Schaltung möglich, auch Temperaturschwankungen
unter 10 C noch sehr gut anzuzeigen und zu signalisieren. Bei einer Serienfertigung
kann der erforderliche Prüffeldaufwand gering gehalten werden.
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Will man die Ansprechsicherheit des Relais erhöhen und gleichzeitig
die Ansprechgeschwindigkeit vergrößern, so ist es vorteilhaft, für diesen Fall den
Gleichstromverstärker als bistabile Kippstufe auszubilden. Da der Nullpunkt des
Differenzialverstärkers durch Umwelteinwirkungen verschoben werden kann, ist es
ferner von Vorteil, wenn man den Eingangskreis des Differenzialverstärkers und den
Eingangsspannungsteiler mit Mitteln versieht, die die exakte Einstellung bzw. Nachstellung
des Nullpunktes gestatten.
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Zur genauen Ermittlung der Abweichungen vom Sollwert läßt sich zweckmäßig
im Ausgangskreis eines der beiden Transistoren des Differenzialverstärkers ein Meßgerät
einschalten. Will man vermeiden, daß das Meßgerät durch dauernde Anschaltung überlastet
werden könnte, empfiehlt es sich, dem Meßgerät eine Ein- und Ausschalttaste vorzuschalten.
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Zur Prüfung der Schaltung auf ihre Betriebseigenschaft können im
Eingangsspannungsteiler liegende, die Widerstände teilweise überbrückende
Schalter
vorgesehen werden. Versieht man einen oder mehrere der Teilwiderstände des Eingangsspannungsteilers
mit geeigneten Temperaturbeiwerten, so läßt sich die Temperaturschwankung der Umgebungstemperatur
ausgleichen, wodurch ein eventuell mögliches Fehlansprechen der Schaltungsanordnung
vermieden wird. Führt man vom Gleichstromverstärker auf den Differenzialverstärker
einen Rückkopplungswiderstand ein, so erhält man je nach Bemessung dieses Widerstandes
eine Selbstlöschung bzw. eine Selbstaufrechterhaltung des Alarms. Will man mehrere
Thermostate gleichzeitig auf ihre Temperaturabweichung hin überwachen, so können
entsprechend der Anzahl der zu überwachenden Thermostate Differenzialverstärker,
die alle-mit nur einem Gleichstromverstärker verbunden sind, eingesetzt werden.
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An Hand der Ausführungsbeispiele nach den F i g. 1 bis 3 wird die
Erfindung näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 eine Temperaturmeß- und Temperaturüberwachungsschaltungsanordnung
mit einem dem Differenzialverstärker- - nachgeschalteten netzfreien Gleichstromverstärker,
F i g. 2 eine Schaltungsanordnung ähnlich Fig. 1, bei der als Gleichstromverstärker
eine bistabile Kippstufe verwendet ist, Fig. 3 eine Schaltungsanordnung, mit der
zwei Thermostate gleichzeitig überwacht werden können.
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In der Fig. 1 ist eine Schaltungsanordnung dargestellt, die sowohl
eine Alarmgabe bei Über- wie Unterschreiten der Betriebstemperatur eines Thermostaten
ermöglicht als auch über ein hochohmiges Gleichstrominstrument mit einer Eichmarke
für Solltemperatur die Abweichungen der Betriebstemperatur zu messen gestattet.
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Sie besteht im wesentlichen aus einem Gleichstromdifferenzverstärker
mit den Transistoren 1 und 2, durch welchen eine + Abweichung ausgewertet wird,
und einer nachgeschalteten Gleichstromverstärkerstufe mit dem Transistor 3, durch
dessen Kollektorstrom das Alarmrelais 4 ausgelöst wird. Die Ankopplung des Differenzverstärkers
an den Gleichstromverstärker erfolgt über zwei Zenerdioden 5. Die Serienschaltung
der Widerstände6, 7, 8 mit dem Temperaturfühlwiderstand 9, der einen hohen Temperaturbeiwert
hat, bilden einen Spannungsteiler, an dessen Abgriff die Basis des Transistors 1
liegt. Bei Solltemperatur des Thermostats wird die Schaltung durch die Widerstände
6 und 10 so abgeglichen, daß die Kollektorströme der beiden Transistoren 1 und 2
gleich groß sind und gleichzeitig bei Drücken der Taste 11 das Anzeigeinstrument
12 auf der Eichmarke für Solltemperatur steht. Durch die Zenerdioden 13, 14 werden
die Betriebsspannungen des Differenzverstärkers und die Spannung am Spannungsteiler
6, 7, 8, 9 konstant gehalten. Andert sich die Temperatur des Thermostats, so bedingt
dies eine Widerstandsänderung des Temperaturfühlers 9, als deren Ursache sich ungleiche
Kollektorströme in den Transistoren 1 und 2 ergeben.
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Dadurch ändert sich das Potential Kollektor-Masse-Punkt der Transistoren
1 und 2, wobei je nach einer Plus- oder Minus-Abweichung der Temperatur eine der
beiden Zenerdioden 5 durchbricht und somit der Transistor 3 durchgesteuert wird
und das Alarmrelais 4 anspricht. Der Alarmansprechpunkt läßt sich durch geeignete
Wahl der
Zenerspannungen der Dioden 5 und des Emitterwiderstandes
15 beeinflussen.
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Zur Vermeidung eines Fehlalarms bzw. einer Fehlanzeige der Temperatur
innerhalb eines vorgegebenen Temperaturbereiches, in dem die Schaltung arbeiten
soll, ist es zweckmäßig, die Spannungsteilerwiderstände 6 und 7 oder ein Teil von
ihnen mit einem entsprechenden Temperaturbeiwert zu wählen. Durch die beiden eingebauten
Tasten 16 und 17 ist eine Überprüfung der Schaltung im Betrieb auf die Funktionsfähigkeit
des Alarms bzw. der Meßanzeige möglich.
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Die Schaltungsanordnung nach F i g. 2 ist eine Weiterentwicklung
der Schaltungsanordnung nach F i g. 1. Sie hat den Vorteil, daß der Transistor 19
in Zusammenwirkung mit dem Transistor 18 und dem Rückkopplungswiderstand 21 im Schaltbetrieb
arbeitet, so daß sich zwei eindeutige Lagen für das Alarmrelais 4 ergeben. Außerdem
können bei dieser Schaltungsanordnung die Ankoppeldioden 20, bedingt durch die gleichzeitigen
Funktionen der Temperaturalarmierung und -anzeige, weit toleriert sein. Es lassen
sich ohne weiteres normale Siliziumdioden verwenden, die auf ihrer Durchlaß- bzw.
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Sperrkennlinie arbeiten. Durch geeignete Wahl der Spannungsteilerwiderstände
22 und 23 kann der Alarmansprechpunkt exakt gewählt werden. Mit dieser Schaltung
ist es möglich, auch noch genauere Alarmtoleranzen als + 10 C zu erhalten. Durch
geeignete Wahl der Größe des Rückkopplungswiderstandes 21 kann man auf einfache
Weise die Schaltung entweder alarmselbstlöschend oder -selbsthaltend auslegen.
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Die Schaltungsanordnung nach Fig. 3 zeigt eine weitere Ausgestaltung
der Schaltungsanordnung nach F i g. 2, und zwar ist in ihr gezeigt, daß man mit
nur einem Schaltverstärker 24 unter Verwendung von zwei Differenzverstärkern 25
und 26 und der entsprechenden Anzahl von Ankoppeldioden 20 zwei Thermostate gleichzeitig
überwachen kann. Durch weitere Ankopplungsdioden läßt sich eine beliebige Zahl von
Thermostaten durch nur einen Schaltverstärker 24 überwachen. Dabei ist es ohne weiteres
möglich, daß der Schaltverstärker 24 räumlich getrennt von den Differenzverstärkern
25 und 26 sein kann, weil er mit diesen nur durch unkritische Gleichstromleitungen
verbunden ist. Über weitere Entkopplungsdioden ist es auch möglich, durch den Schaltverstärker
gleichzeitig Träger- oder Pilotspannungen als analoge Gleichspannungen zu überwachen.
Fügt man in die Entkopplungsdiodenleitungen zum Schaltverstärker Ruhestromprüftasten
ein, so ist eine Fehlereingrenzung auch ohne Messung der Temperatur möglich.