DE2915797C2

DE2915797C2 - Temperatur-Steuervorrichtung

Info

Publication number: DE2915797C2
Application number: DE2915797A
Authority: DE
Inventors: Hirofumi Habikino Osaka Aoyagi; Hidenobu Kusatsu Shiga Hasegawa; Hiroshi Kashihara Nara Horii; Kunio Kyoto Kimata; Shun'ichiro Koriyama Nara Mori
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1978-04-20
Filing date: 1979-04-19
Publication date: 1986-05-28
Also published as: DE2915796A1; JPS54138978A; US4277670A; DE2915796C2; US4277671A; DE2915797A1

Description

a) mindestens eine Zählerschaltung (G. H. I, bzw. /, K, L. M) vorgesehen ist, und

b) die Zählerschaltung (C. H. I, bzw. J, K. L M) mit der Sjetierschaltung (41) so verbunden ist. daß diese die Regelvorrichtung jeweils für ein vorbestimmtes Zeitintervall unabhängig vom Signal des Signalgebers (29) bzw. dem eingestellten Temperatur-Sollwert entsprechend einem »AUS«-Signal bzw. einem vorbestimmten erhöhten Temperaiur-SolW-crt betätigt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (41)

a) nach jedem Wechsel des vom Signalgeber (29) gelieferten Signals auf »Aus« für ein durch die Zählerschaltung (G. H..'}bestimmtes Zeitintervall unabhängig vnm Signa) des Signalgebers (29) an die Regel vor rieht: ig ein »Aus«-Signal abgibt, und

b) nach Ablauf des Zeitintervalls bei einem »EIN«-Signal des Signalgebers (29) an die Regelvorrichtung ein »EIN«-Signal abgibt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2. gekennzeichnet durch eine Einstellvorrichtung für das von der Zählerschaltung (G, H, /^bestimmte Zeitintervall.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2. gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zur automatischen Verstellung der Länge des von der Zählerschaltung (G. H. I) bestimmten Zeilintervalls in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (41) mit einem Schalter zum Abschalten der Zählerschaltung (G. H. /bzw./. K. L. Hlverschen ist.

Die Erfindung betrifft eine Temperatur-Steuervorrichtung für eine Heizvorrichtung, mit einer Regelvorrichtung für die Energiezufuhr zur Heizvorrichtung, einem Temperatursensor zur Messung des von der Heizvorrichtung erzeugten Temperatur-Istwertes, einer Einstellvorrichtung für einen Temperatur-Sollwert, einem den Temperatur-Istwert mit dem Teniperatur-Sollwcri vergleichenden, bei dessen Über- bzw. Unierschreitiing jeweils ein »AUS«- bzw. »EIN«-Signal erzeugenden Signalgeber und einer dessen Signal aufnehmenden Steuerschaltung zur entsprechenden Betätigung der Regelvorrichtung.

Die aus dem Buch von Otto l.imann. »Elektronik ohne Ballast«. München 1971. S. 351 ff. bekannte Tempcraturstcuervorrichtung dieser Art regelt die Temperatur des zu erwärmenden Gegenstandes mit einer Proportionalsteuerung auf einem im wesentlichen konstanten Wert. Wenn beispielsweise bei einem Heizkissen der Unterschied zwischen Raum- und Körpertemperatur gering ist. sind solche Temperatur-Steuervorrichtungen nur schwer auf eine über längere Zeit angenehm stimulierende Wärmeabgabe einzustellen. Es ist daher wünschenswert, die Temperatur des zu erwärmenden Gegenstandes in Form einer Temperaturhysterese über einen größeren vorbestimmten Bereich schwanken zu lassen, wobei die Temperatur periodisch auf einen gegenüber der Körpertemperatur ausreichend höheren Wert gebracht wird, so daß dem Körper periodisch stimulierende Wärme zugeführt wird.

Bei der aus der DE-AS 12 37 827 bekannten Temperatur-Steuervorrichtung mit einer zusätzlichen Rückführung wird durch ein RC-Glied ein hysteresebehaftetes Regelverhalten bewirkt. Wegen der fehlenden Einstellbarkeit und der Abhängigkeit der Hysterese von der Zeitkonstante des RC-G\\edes mit den dadurch bedingten Intervalischwankungen ist dieser Regler zur Temperatursteuerung von Heizkissen und dergleichen nicht geeignet.

Aufgabe derüirfindung ist es. eine Temperatur-Steuervorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die unabhängig von den Umgebungsbedingungen für wählbare und genau reproduzierbare Zeitintervalle die Temperatur des zu erwärmenden Gegenstandes über einen vorbestimmten Bereich schwanken lassen kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe weist die Temperatur-Steuervorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 definierten Merkmale auf.

γ, Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen der Temperatur-Steuervorrichtung sind in den Unteransprüchen 2 bis 5 beschrieben.

Die Temperatur-Steuervorrichtung gibt als Hystcresisstcucrung bei Verwendung in einem Heizkissen eine stimulierende und komfortable Wärme an den menschlichen Körper ab. Sie unterbricht, v/cnn die Temperatur des zu erwärmenden Gegenstandes den Sollwert erreicht hat, die Energieversorgung der Heizvorrichtung, woraufhin die Temperatur des Gegenstandes über ei-.i-, neu vorbestimmten Differenzbereich abfallen kann. Die Energieversorgung wird nach einem einstellbaren, von einer Zählcrschaliung bemessenen Zeitraum wieder aufgenommen. Wenn der zu erwärmende Gegenstand gute Wärmeisolaiionseigenschaften aufweist, ändert so sich seine Temperatur im wesentlichen über den Differcn/.bcrcich. wohingegen bei schlechten Wärmeisolationscigenschaften die Temperatur über einen größeren, durch die Laufzeit der Zählerschaltung begrenzten Temperaturbereich variiert.

s-, Die Kombination verschiedener elektronischer HaIblcitcrschaltungen bewirkt eine hohe Genauigkeit und Zuverlässigkeit des Regelvcrhaltens der elektronischen Temperatur-Steuervorrichtung. Diese benötigt für die Energiezufuhr zur Heizvorrichtung keine häufigen ho Schaltvorgängc der Regelvorrichtung, die die Lebensdauer der Kontakte nachhaltig beeinflussen und /ti Ener· gieversorgungsschwicrigkeiien und anderen Problemen führen könnten. Die Temperalurhyslcrese ist durch Änderung des Differenzbercichs oder der Zählzeitdaucr der b¹· Zählerschaltung veränderbar. Dies ermöglicht eine Anpassung an unterschiedliche Betriebsbedingungen. Die Zählcrschallung arbeitet mit höherer Genauigkeit als ein herkömmliches C'fl-Zeilgebeisysiem. Die durch die Zäh-

lerschaltung bestimmte Zeit ist durch Zuführung einös Ausgangssignals von einer Oszillatorschaltung iflii un te'r^ schicdlicher Frequenz vor dem Eingangsanschluß eines ZählerszumZählenderDiffercnzfrequenzder/C-Steuerschaltungleichtveränderbar.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Temperatur-Steuervorrichtung an !!and der Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung eines elektrischen Heizkissens-,

F i g. 2 ein Blockdiagramm der Steuerschaltung;

F i g. 3 ein Logikdiagramm der elektrischen Schaltung im einzelnen;

F i g. 4 eine Schaltung zur Null-V-Erfassung;

F i g. 5 die zum Betrieb der Schaltung nach F i g. 4 gehörigen Impulsfolgen:

F i g. 6 eine Impulserfassungsschahung;

F i g. 7 die zu dem Betrieb der Impulserfassungsschaltung nach F i g. 6 gehörigen Impulsfolgen;

F i g. 8 einen Hysleresiswählcr;

F i g. 9 eine schematische Darstellung des Regclverhaltens bei proportionaler sowie Hysteresissteuemng;

Fig. 10 ein Impulsfolgendiagramm bei Hysteresissteuerung.

F i g. 1 zeigt einen Stecker 1 zum Anschluß eines Bedienungsgerätes 2 für ein Heizkissen 3. ein Anschlußkabel 4, eine Kupplung 5, eine Heizvorrichtung 6. einen Temperatursensor 7 zur Messung des Temperatur-Istwertes, einen Netzschalter 8, ein Einstellrad 9 zum Wählen der Soll-Temperatur des Heizkissens 3 und einen Wählschalter 10 für einerseits eine die Temperatur des Heizkissens 3 auf einem weitgehend konstanten Wert haltende proportionale Steuerung und andererseits eine Hysteresis-Steuerung, bei der die Temperatur des Heizkissens 3 über ein vorgegebenes Tempcralurintervall variiert.

Ein Umschalter 11 dient zum Umschalten des Steuerbetriebs auf eine Temperatur-Hochausstcuerung, bei der das Heizkissen 3 für einen definierten Zeitraum unabhängig von Her durch das Einstellrad 9 gewählten Temperatur auf eine hohe Temperatur erhitzt und danach auf die gewählte Temperatur zurückgeführt wird. Weiterhin ist eine Kontrolleuchte 12 und eine weitere Kontrolleuchte 13 zur Anzeige des Betriebs der Heizvorrichtung 6 vorgesehen.

Die in F i g. ? diagrammatisch dargestellte elektrische Schaltung einer Temperatur-Steuervorrichtung mit dem Stecker 1 und dem Netzschalter 8, besitzt eine Temperatursicherung 14 und einen Flusenfilter für die Stromversorgung mit einer Drosselspule, einem Kondensator und einem Überspannungsschulz. Eine Schaltung zur Abgabe einer Sleuercpannung Vcc umfußt eine Diode 20, Widerstände 21,22, Kondensatoren 23,24 und eine Zenerdiode 25. Eine Einstellvorrichtung für einen Temperatur-Sollwert umfaßt einen entsprechend der Einstellung des Einstellrades 9 verstellbaren Widerstand 27 und einen Begrenzungswiderstand 28.

Ein Signalgeber 29 umfaßt eine Nconlampc 30 als Impulstriggerelement, einen Kondensator 31, einen Widerstand 32, einen Impulsumformer 33 und einen Temperatursensor 7. Durch den Signalgeber 29 wird die Spannung entsprechend dem vorgegebenen Widerstand R„ der Summe der Werte Rn des verstellbaren Widerstands 27 und des Wertes A₂₈ des Begrenzungswiderstandes 28, ft, = Rv + fas. und der Impedanz Z-, des Temperatursensors 7 geteilt. Wenn die Spannung V_/7 über den Temperatursensor 7 größer als die Entladeanfangsspannung V«,, der Neonlampe 30 ist, d. h.

Vita < V,. 7, wird die Neonlarnpe 30 getriggert, wodurch der impulsumformef 33 über den Kondensator 31 und den Widerstand 32 ein Signal abgibt. Dies gilt bei den Sollwert unterschreitender Temperatur des Gegenstands des 3. Die Neonlampe 30 wird nicht getriggert. wenn V/m > V,: ist, also die Temperatur des Gegenstandes 3 den Sollwert überschreitet.

Eine Steuerschaltung umfaßt ein integriertes Schaltelement 41 (im folgenden als »IC« bezeichnet) mit

ίο 16 Anschlüssen. Ein Widerstand 42 erfaßt die Netz-Wcchsclspannung und setzt das /C41 dazu in Zeitbeziehung. Kontakte 56' und 56" des Umschalters 11 werden durch dessen Betätigung geschlossen und an Pin 3 des IC 41 gelegt. Eine C-fi-Schaltung zur Triggerung eines später beschriebenen Energiesteuerthyristors 47 umfaßt einen Widerstand 44 und einen Kondensytor 45. Das Signal des Signalgebers 29 wird bei den Sollwert unterschreitender Temperatur des Gegenstandes 3 dem Pin 2 des /C41 zugeführt, das von dem Pin 14 ein Signal zur C-ß-Schalmng abgibt, um den Kondensator 45 über den Widerstand 44 aufzuladen. Wenn di<· Wechselspannung danach, sich dem positiven Teil des Zyklus nähernd, den Nullpunkt überschreitet, wird der Kondensator über Pin 13 entladen und der Energiesteuerthyristor 47 über Pin 12 beim Nulldurchgang getriggert Der Energiestec.erthyristor 47 steuert die Heizvorrichtung 6 an. Ein Gatewiderstand zwischen den Zuleitungen von Pins 12 und 13 ist nicht gezeigt. Der Pin 10 des IC 41 ist ein Ausgangsanschluß zur Beendigung des Temperatur-

jo Hochaussteuerungsbetriebs. Bei Triggerung eines (nicht gezeigten) Gatewiderstands und eines Thyristors 54 wird eine Spule 56 angesteuert und dadurch die Kontakte 56'. 56" des Umschalters 11 geöffnet.
Eine Anordnung zum Schutz bei Selbsttriggerung des

J5 Energiesteuerthyristors 47 umfaßt einen Widerstand 57, der die Anschlußspannung des Energiesteuerthyristors 47 zur Energiezufuhr zu der Heizvorrichtung 6 prüft. Wenn dieser sich ohne Signal des Signalgebers 29 am Pin 2 des /C 41 in einem eine Halbwelle leitenden'£ustand befindet, ist der Energiesteuerthyristor 47 im selbstlriggerndcn Zustand. Die Anschlußspannung des Energiesteuerthyristors 47 wird am Pin 15 des /C 41 über den Widerstand 57 erfaßt und einer iogischen Verarbeitung innerhalb des IC 41 unterworfen, urn vom

■45 Pin 11 ein Triggersignal für einen Schutzthyristor 58 zu liefern, das den Schutzthyristor 58 in Leitungszustand versetzt. Hierdurch erzeugt ein Widerstand 59 Wärme zum Schmelzen der Temperatursicherung 14. Wenn der Energiesteuerthyristor 47 vollständig durch Kurzschluß

w ausfällt, wird die Sicherheit gewährleistet, indem die negative Halb/.yklusspanr.ung über eine Diode 61 an einen Widerstand 62 gelegt wird, der durch Erwärmung die Tempcratursicherung 14 thermisch unterbricht.

Diis Innere des IC 41 ist in F i g. 2 und 3, von einer strichpunktierten Linie umgeben, dargestellt und wird im folgenden beschrieben. Die Blöcke A bis Q in F i g. 2 sind in F i g. 3 mit einer durchbrochenen Linie angedeutet. Gates 6*i bis Gn sind nach dem I² L-Verfahren gebildet. Der Eingang < .ltspricht der Basis eines Transi-

bo stors. der Ausßang einem Multitransistor mit offenem Kollektor. Reset-Sei-Flip-Flops RS, bis RSs sind ebenfalls nach dem Π L-Verfahren ausgeführt. M^:.t 7" ist ein T-Flip-Flop bezeichnet, der Eingang liegt bei Tund die Ausgänge bei Q und 1$. Die durchgezogenen rechtwin-

b5 kligcn Blöcke A bis Q si?d Anflogschaltungen des üb.'i- <:hen bipolaren Aufbaus; einzelne dieser Schaltungen werden im folgenden detaillierter an Hand der Zeichnungen 4 —8 dargestellt.

Kig.2 und 3 /eigen eine Rescteinheit Λ und einen Niill-Impulsgencrator B, die über den Widerstand 42 den Spannung*-Nulldurchgang der Wechselspannung als Zeitbasis für die /C-Stcuerung erfassen, um NuII-Durchgangsimpulsc zu bilden. Eine Schaltung u (F i g. 3) erfaßt den Spannungsanstieg v,_v der Steucrspannung V₁V, der mit dem Schließen der Spannungs/.uführung beginnt, und hält, wenn die Steuerspannung V_{1 v} niedriger als die Resetspannung V/k ist, die l.ogikschaltung im Resetzustand. Die Schaltung b (F i g. 3 und 4) zur NuII-V-Erfassung für den Null-Impulsgenerator B ergibt die in Fig. 5 als» Vo; von fen« und »V₍/ von on«dargestellten Impulsfolgen etwa dann, wenn die Versorgungsspannung V,_u. die über dem Pin 16 und dem Pin 5 liegt, durch Null geht. Die Beschreibung der Schallung nach F i g. 4 geht von einem Referenzzeitpunkt /.> aus, zu dem die Versorgungsspannung V.₁₍ (Fig.5) Null ist. Wenn die Spannung Vm am Pin 16 positiv wird, beginnt der in Fig. 5 dargesieiiie Simiii »/</ von fen»' /wischen den¹. Kollektor und dem Emitter des Transistors fen zu fließen. Zu diesem Zeitpunkt übersteigt die Versorgungsspannung Vu die Basisspannung des Transistors fen, nämlich die Basis-Emitterspannung V'k/v eines Transistors fen, eingestellt durch einen Widerstand fe;, eine Vorspannung, plus der ßasis-Emitterspanmiiig V»/ des Transistors fen. zu 2 Vh/ — V_m + V_u/s. Der Zeitraum Jtp ist durch folgende Gleichung gegeben:

Alp =

2 nf

■ sin

'AC

wobei /'die Stromversorgungsfrequenz ist. Der Strom Iiν durch den Transistor fen steuert durch einen Transistor b\2 einen Stromspiegel aus den Transistoren b\ ι und bn an, was das »V₍>: von feu« in Fi g. 5 ergibt. Die Versorgungsspannung VV erreicht nachfolgend einen Höchstwert und beginnt abzunehmen, jedoch bleibt bis direkt zum Zeitpunkt t_}, nämlich solange V.»< > 2Vw ist. der Transistor few leitend. Wenn anschließend V_M kleiner als 2 Vm wird, sperrt der Transistor bu. was die Impulsfolge»V₍i von feu« in Fig.5ergibt.

Ein Transistor fem bildet in Verbindung mit dem Transistor fen einen Stromspiegel, so daß der Basisstrom In durch einen Widerstand b\ etwa gleich dem Kollektorstrom /(durch einen Widerstand fei ist. Eine Formeinheit i>2o für die Impulsfolgen verbessert die Schaltgeschwindigkeit des Transistors fen. Die Eingangsspannung und die Ausgangsspannung dieser Schaltung sind in Phase zueinander.

Wenn die Versorgungsspannung V.« ■ in F i g. 5 von ihrem Nullwert zum Zeitpunkt fi ausgehend negativ wird, wird die Basisspannung eines Transistors ,fen auf der Basisspannung des Transistors fen. der oben erwähnten Vorspannung Vms- gehalten. Wenn die Basis-Emitterspannung des Transistors by, = V_n; ist. wird, falls Vbi: > Ve/-., und Vnis — V_flf = — JVm, der Transistor fei, leitend, wenn |V_A<] > \Va_L\. Zu diesem Zeilpunkt fließt der Basisstrom des Transistors for, von der Schaltung für die Steuerspannung V_1V durch den Widerstand b·. dann durch die Basis und den Emitter des Transistors b,. und wciier iluivh den Widerstand lh. /tir Schaltung <!l'l \ VlVOl £Ιιη·>>.|ΜΠ1ΗΙΜ); \ i, . Oll'\ llluliM WÜhlVUil ΟΙ Uv¹S /.euiaunis . /f\ nach dem /eitpiüiki /, stau. Kntspre chend fließt der Strom »I, / von fei,« durch den Kollektor des Transistors on. betätigt die Transistoren i/_th. fet; und fei«, fet·., die Stromspiegel darstellen, und ergibt die Impulsfolge der Spannung »V, f.· von fem« in F i g. 5. Dieser Zustand wird bis direkt vor dem Zeitpunkt f> aufrechterhalten. Falls Vn, = V,„s und Vm s — V_w = 0. arbeitet, da die Transistoren br, und fem identisch in V₁₁₁ sind, der Transistor fei',, wenn Vergleich Null V ist. Somit im die Zeit Jtn in Fig.5 Null. Dementsprechend werden »In von feis« und »V_c> von feit« zu den Zeitpunkten t\ und (2 erhalten. Falls weiterhin Vhf < Vm s und Vms - V/i/ = + JVm. liegt der Zeitraum Ji_n auf der linken Seite von d. jedoch etwas nach Jt₁* Dies ist die umgekehrte Beziehung zu dem Fall, in dem

ld Vm > V/i/siind V»/._s- — V_w = — JV_m:

F i g. b zeigt die Impulscrfassungsschaltung c der Impulsfolgen-Formcinhcit C(Fig. 2 und 3) und Fig. 7 die zugehörige Impulsfolgcnform. Wenn der zu erwärmende Gegenstand 3 eine niedrige Temperatur hat, ist die Impedanz 7^ des Temperatursensor 7 (F' i g. 6) niedrig. Wenn nun die Versorgungsspannung V.« auf den in F i g. 7 angegebenen Wert ansteigt, übersteigt die Spannung V, 7 über den Temperatursensor 7 die Entladcanf!'.ngssp:.i' >nung V«_n der Neonlampe 30 und triggcrt dic-

2(i se. Demzufolge gibt die Sekundärwicklung 35 des ImpulsumlOrmers 33 Impulfsfolgen der Form f,. in Fig.7 ab. Beim Impulsumformer 33 ist die Polarität der Wicklungen so gewählt, daß die Impulse von der Neonlampe 30. wenn die Versorgungsspannung; V₁, sich im negati-

„"> von llalb/yklus befindet, bei der Übertragung von der Primär- zur Sekundärwicklung negativ umgekehrt werden, wodurch die Sekundärwicklung Impulse positiver Spannung mit einer Impulsform I₁, ι abgibt. Somit erfaßt die Schaltung die Temperatur dann, wenn die Versor-

)o gungsspannung V.u- negative Halbwellen durchläuft. Die wiihrcnd der positiven Halbwellen erzeugte Impulsform (,,.> weist negative Spannung auf und ist für den nachfolgenden Betrieb irrelevant.
Die an den 2. und 5. Pin angelegte Impulsform t_p\

r> betätig! einen Emitterfolgertransistor Ci, der seinerseits einen aus Transistoren Ca und Ci zusammengesetzten Stromspiegel ansteuert. Daher arbeitet ein Transistor Ci für einen Zeitraum Jl₁* die negativen Impulsformen I₁,ι laufen durch einen Transistor C und einen Wider-

4i) stand Ci in Sperrichtung des Transistors Ci und betätigen nicht den Transistor Cv Während des Zeitraums von /ι bis /4 (F i g. 7) wird die Neonlampe 30 nicht getriggeri. ilndcr Transistor Cs sperrt.

Somit erfaßi die impulscrfasstingssehallung f(l" i g. 6)

■Γ) die während der negativen Halbwellen der Vcrsorgungsspannung V.« erzeugten Impulsformen i_r\ als Tempcraturcrfassungssignalc.

Ein 2-Bit Frequenzteiler D (Fig.2 und 3) empfängt die Signale von der Impulsfolgen-Formeinheit C und

V) erzeugt Triggerimpulse beim Nulldurchgang der Wechselspannung. Ein Aufladcverstärker Elädt den l.ondcnsator 45 über den Widerstand 44 auf. Ein Entladevcrstärkcr F empfängt die in dem Kondensator 45 gespeicherte Ladung über Pin 13 und gibt sie zur Triggerung des finergiesteuerthyristors 47 über Pin 12 ab. Ein Hysteresiswähler G empfängt über Pin 4 ein Signal vom bei Wahl der Hysteresissteuerung geschlossenen Wählschalter 10. Seine Schaltung g (Fig.8) umfaßt Widerstände gu gi und ^i sowie Transistoren ^₄. JTs, die Strom-

bo spiegel liefern. Der Wählschalter 10 bringt beim Schließen den Transistor g-, in leitenden Zustand und schaltet so .»if I UMcrcMssteuerung.

luv lhMiTCMssohaltiini: H (Fig. 2 und 3) h.ih «Jen 2-Bii Frequenzteiler D für einen Zeitraum Jt.\ zur Er-

i.^ri Zeugung der Temperaturhyslerese des Gegenstandes 3 an. Hin erster Zähler / umfaßt miteinander in /i-Stufen. verbundene 7-Flip-Flops und zählt die Stronivcrsorgungsfrcquenz während des Zeilraumes Jt.\ in dem die

llystcrcsisschuliung // den Kncrgicsiuucrthyrisinr 47 sporn. Wenn diese verstrichen ist. schaltet die Reseteinheil Λ die Myslcrcsissehullung //in den Rcsci/iisiand, um den Enurgicstcutrlhyrislor 47 erneut zu triggern. liin /weiier Zähler K mit in η Stufen miteinander verbundenen T- Flip- Flops bestimmt einen Zeitraum Jt η für die Temperatur-Hochaussieuerung. Mit / ist ein Moehatissieuci'iyigswiihlcr bezeichnet. Die Schaltung j für den Hochaussieueriingswähler J ist im Aufbau mit der in F i g. 8 dargestellten Schaltung g identisch. Wenn der Umschalter 11 betätigt wird, schließen die Ko:i:uktc 56' und 56" Ist der Kontakt 56' geschlossen, wird der die Soll-Temperatur vorgebende Widerstand 27 überbrückt, so daß unabhängig von dessen Einstellung die apparativ höchstmögliche Temperatur gewählt wird. Da der Pin 3 an den geschlossenen Kontakt 56" angeschlossen ist, bringt der Hochaussteuerungswähler / den ersten Zähler / in direkte Verbindung mit dem /weilen Zahler K. so daü die Zähler / und K den riocn.uissicucrungszeitraum Jin in Impulsen abzählen können. Wenn der Hochaussteuerungswähler / bei gewählter I lyslcresissteuerung gesetzt wird, ist der Hystcrcsiswähler G funktionslos, was eine proportionale Temperatursteuerung während des Hochaussteuerungsbetriebs ermöglicht. Mit L ist ein Hochaussteuerungsspcichcr bezeichnet, der den ersten Zähler / auch als Untcrzählcr zum Halten der Hochtemperatur benutzbar macht, indem während des Hochausstcuerungsbctriebs der Hochaussteuerungsspeicher L das Signal speichert, das das Ablaufen des ersten Zählers /anzeigt und ein Signal an den zweiten Zähler K abgibt. Ein Ausgangsverstärker M zur Unterbrechung des Hochaussteuerungsbetriebs gibt ein Signal zur Triggcrung des Thyristors 54, wodurch die Spule 56 die Kontakte 56',56" öffnet.

Sclbsttriggcrung des Energiesteuerthyristors 47 wird durch die die Impulsfolgcn-Formcinhcit C und die Eriassungsschaliung N umfassende Fchlererfassungsschaltung erfaßt. Wenn beispielsweise trotz der Abwesenheit eines Signals von der Impulsfolgcn-Formeinhcit C keine Eingangsspannung an der Erfassungsschaltung N liegt, befinde; sich der Encrgiesteuerthyrislor 47 im selbsttriggernden Zustand, so daß in einem zeitlich abgestimmten Verhältnis zu dem in einer geeigneten Phase des positiven Teils des Zyklus der Spannungsversorgung geschalteten Zeitpunktdetektor Öein Ausgangssignal zu einem Triggerverstärker P geführt wird. Dessen verstärktes Signal triggert den Thyristor, und die Temperatursicherung 14 wird thermisch vom Widerstand 59 unterbrochen. Eine Löschschaltung Q dient zur Entfernung eines Zwischenausgangssignals vom ersten Zähler / der Vielfachstufe, in der der erste Zähler / ein in η Stufen angeschlossenes und in zwei Blöcke, einen Block Τι ι bis T)₁ und einen Block T#,- bis T)_n aufgeteiltes T-Flip-Flop aufweist. Im ersten Zähler / ergeben der Ausgang Oh des einen Blocks und der Eingang T/, des anderen Blocks, direkt miteinander verbunden, einen direkt verbundenen Zähler. Der erste Block einschließlich Ti, bis Ti, wird für den Betrieb überprüft, wobei der Eingang T (Ausgang des zur Beurteilung verwendeten 8. Pins) zugeführt wird, und zwar getrennt von der Überprüfung des zweiten Blocks T)₁ bis Ti_n, für die ein Rcchieckinipuls als Eingang zum 9. Pin (Ausgang Qi_n. verwendet zur Überprüfung) geführt wird. Um die zur Überprüfung nötige Zeit abzukürzen, wird die Lösch-Schaltung Q in den Miiieiabschniü des ersten Zählers /eingefügt.

Mit Gm ist in den F i g. 2 und 3 ein Testelemeni zur Überprüfung der Steuerschaltung 41 dargestellt, insbesondere, wenn diese wie hier in einer integrierten Schallung auf einem Chip ausgeführt ist. Das IC kann beispielsweise durch ein Überprüfen von hKE und ICBO /wischen dein b. und dem 7. Pin gelüstet werden. Falls die Kigenschaflun zwischen diesen Pins in den richtigen

■i Bereichen liegen, wird die Schallung in der gewünschten Weise arbeiten.

Im folgenden wird das Regelvcrhalten der Tcmperaliir-Steucrvorriehlung unter Bezugnahme auf I· i g. 9 und IO beschrieben. Dabei sind zunächst der Wählsehal-

Ki tcr 10 und die Kontakte 56' und 56" des Umschalters 11 geöffnet, der Netzschaltcr 8 ist geschlossen.

Das Gale Gu des Null-Impulsgcneraiors B(Fig.3) schaltet, wenn es auf »0« ist. das Flip-Flop RSi der Impulsfolgen-Formeinheit Cin den Rcsetzustand.

ι¹; Somit wird während eines positiven Halbzyklus der Versorgungsspannung V.u- und während eines kurzen Zeitraums des negativen Zyklus RS\ im Resetzustand gehalten. Wenn daraufhin der Temperatursensor 7 einen !riipi.·!:. .·,,·, abgibt, wird das Füp-Flop RS; gesetzt.

worauf der Ausgang 7) des Flip-Flops RS_{ von »1« auf »0« wechselt, so daß das Gate Gt von »0« auf »I« und das Gate Gw von »1« auf »0« wechselt. Mit der Änderung des Gates G\» auf »0« wird der Aufladeverstärker Ξ angesteuert, wodurch der Kondensator 45 durch den Widersland 44 aufgeladen wird. Der Temperatursensor 7 trigger! also die Neonlampe 30, die ihrerseits die Aufladung des Kondensators 45 bewirkt.

Direkt vor dem Zeitpunkt ti, wenn die Versorgungsspannung V.u vom negativen zum positiven Bereich

jo wechselt, ändcri sich das Gate Cn von »1« auf »0«, wodurch das Flip-Flop RS\ wiederum in den Resetzusland geschaltet wird. Mit diesem Reset ändert sich der Ausgang φ des Flip-Flops RS\ von »0« auf »1«. Dementsprechend wird das Signal, das am Gate G» von »1« auf

j5 »0« umgekehrt wurde, dem Eingang Tdes 7-Flip-Flops Tzugcführt, dessen Ausgang ζ) daher an der Abfallkante des Eingangs T von »0« auf »1« wechselt. Da der Ausgang (?dcs 7"-Flip-Flops T»l« wurde, ergibt sich am Gate G\ \ »0«. was das Gate Gm auf den Wert »1« ändert, so daß das Aufladen des Kondensators 45 unterbrochen wird. Dabei gibt der Entladeverstärker Fein Ausgangssignal an den Pin 12 ab.

Direkt nachdem die Versorgungsspannung Ku am Zeilpunkt h positiv wird, ändert sich das Gate Gm von »0« nach »1« mit dem Ergebnis, daß der AND-Ausgang der Gates Gu und Ci? von »1« auf »0« abfällt. Während des Zeilraums JTist der Ausgang von Cm und Cn »1« und der der Gates Gn und Gn »0«. Auch nach dem Zeitraum JTist der Ausgang (?des T-Flip-Flops 7"»l«,

so da jedoch der AND-Ausgang der Gales Ci4 und Ch »0« ist, wechselt das Gate Ci ι auf »1«, was das Aufladen des Kondensators 45 unterbricht. Dementsprechend wird von Pin 12 nur während JT zum Zeitpunkt des Nulldurchgangs der Versorgungsspannung Vac nahe dem Zeitpunkt /i ein Ausgangssignal erzeugt und der Encrgicsteuerthyristor 47 getriggert. der seinerseits die Heizvorrichtung 6 ansteuert.

Bei Beendigung des Zeitraums JT ändert sich das Gate Cn von »0« auf »1«, so daß der Ausgang des Gates

bo Cm von »1« auf »0« wechselt, wodurch die Aufladung des Kondensators 45 über den Widerstand 44 beginnt. Nahe dem Zeitpunkt ij, an dem die Versorgungsspannung V.u vom positiven zum negativen Bereich wechselt, treten wieder ein Nulldurchgangsimpuls JTsowie

öS ein AND-Ausgang am Ausgang ^ des Flip-Flops RSi und des Ausgangs des Gates Gu auf. Direkt bevor der Zeitpunkt f_s erreicht wird, wechselt der AND-Ausgang der Gates Cu und G\, von »0« auf »1«, wodurch der

ίο

gen den beschriebenen Betrieb durch. Der Pin 12 gibt einen genügen/ großen Ausgang, um den Energiesteuerthyristor 47 zu triggern, wodurch die Heizvorrichtung 6 angesteuert '.vird, also bei den von der Neonlampe 30 erzeugten Impulsen /,, die Temperatur des Gegenstandes ansteigt. Wenn diese Temperatur den Sollwert erreicht hat, wird die Neonlampe 30 nicht langer getriggert und die zyklisch erzeugten Impulse T,,> werden eingestellt.

Das Erreichen des Temperatur-Sollwerts durch den Gegenstand 3 wird durch das Einstellen der Impulse zum Zeitpunkt l·, erfaßt, woraufhin der Ausgang vom 12. Pin zum Kncrgicsteuerthyrislor 47 keine Signale mehr liefert, um so die Heizvorrichtung 6 abzuschalten. Da

Ausgang Q des Flip-Flops Tauf »1« wechselt. Das Gate Cn fällt auf »0« ab, um den Kondensator 45 wiederum zu entladen.

Wenn das Gate Cm von »0« auf »1« gewechselt hat, wird das Aufladen des Kondensators 45 unterbrochen. Zur gleichen Zeit ändert sich der AN D-Ausgang des Ausgangs ~Q des Flip-Flops RSi und der Ausgang des Gates Cm v^n »0« auf »1«. Dieses Ausgangssignal wird einer AND-Operation mit dem Ausgang ζ) des T-Flip-Flops T unterworfen und dem Gate Ch zugeführt, das sich von »1« auf »0« ändert. Üas Gate Cn wechselt von »0« auf »1«. Das erhaltene Ausgangssignal wird dem Eingang Tdes T-Flip-Flops Tzugeführt.

Nach dem Zeitraum AT nach der Zeit ii fallen der

AND-Ausgang des Ausgangs ζ) des Flip-Flops RS: und 15 jedoch die Temperatur des zu erwärmender. Gegender Ausgang des Gates Gu von »1« auf »0« ab. Dement- Standes 3 den Sollwert leicht übersteigt, werden für eisprechend ändert sich das Gate C₄ von »0« auf »1« und ncn gewissen Zeitraum keine Impulse abgegeben. Ciic Gate Cjj von »1« auf »0«. An der Abfallkante des Aus- Temperatur fallt danach und erreicht einen vorgewäfrlgangs von Gate Cy₁ wird der Ausgang Q des T-Füp- (cn Won Tv oder T- — JT-. wenn eine derartige Tem-Flops T von »1« auf »0« umgeschaltet. Also führt das 'u peraturdifferenzz/ Tv vorgegeben ist, woraufhin die Ne-Flip-Flop T einen Zählvorgang bei einem Set- und ei- onl.impe 30 nahe dem Zeitpunkt fs gctriggcrt wird und nem Resetsignal vom Flip-Flop RSi durch und bewirkt Impulse f,, ι erzeugt.

zwei Zählsignale und Rückkehren mit dem AND-Aus- Der Zeitraum Tn in Fig. 10 hängt von Aufbau und

gang des Setausgangs Q des Flip-Flops Tunddem Null- Temperatur des zu erwärmenden Gegenstandes 3 ab. durchgangsimpuls AT, der erzeugt wird, wenn die Span- 21 Obwohl der Zeitraum Tu so dargestellt ist, daß er eininung Vac negativ wird. Daher wird die Temperatur gen Zyklen der Versorgungsspannung V«- entspricht, während eines positiven oder negativen Zyklus der ist dieser Zeitraum in Wirklichkeit langer. Die wiederum Spannung V^-erfaßt und in Ansprache auf das so erhal- erzeugten Impulse i,, 1 werden erfaßt und durch den ertene Signal ein einen zwei-Bit Thyristor triggcrnder Im- sten Zähler / gezählt, währenddessen ist der Energiepuls beim Nulldurchgang, wenn die Spannung sich zum jo steuerihyristor 47 nicht leitend. Das Zählendpunki-Si-Positiven oder Negativen ändert, abgegeben. Obwohl gnal des ersten Zählers /steuert den Gateausgang des

ein siliciumgesteuerter Gleichrichter als Encrgiesteucrthyristor 47 in F i g. 3 verwendet wird, kann vorteilhafterweise ein TRIAC für diesen Zweck verwendet werden, wenn er für die in Rede stehende spezielle Vorrichtung geeignet ist.

Während des Zeitraums u bis /» liegen keine Impulse von Temperatursensor 7 zur Triggcrung der Neonlampe 30 vorliegen, da die Temperatur des Gegenstandes 3

Energiesteuerthyristors 47 an. wodurch dieser wieder getriggeri wird. Bleibt der Wählschalter 10 geschlossen, wird der obige Betrieb wiederholt, wodurch die in F i g. 4 dargestellte Ten-.peraturhyslcrese von JT,> erzeugt wird.

Wenn keine Impulse (,, abgegeben werden, während die Versorgungsspannung V₁₍ negativ ist. (Zeitraum r-, ~~ bis /„ in F ig. 10) ist das Flip-Flop RSi der Impulsfolgen-

über dem Temperatur-Sollwert liegt. Der oben bc- 40 Formeinheit C nicht im Setzustand und hält den Aus-

gang^auf »!«.sodaßdas T-Flip-Flop T"icht angesteucn wird. Da sich zum Zeitpunkt dt,, nach dem Zeitpunkt f„ das Gate Ci: von »0« auf »1« ändert, werden dem Gate C_n als Eingang das AND-Ausgangssignaldcsj\usgangs φ des Flip-Flops RS\ und der Ausgang Q des T-Flip-Flops T und der Ausgang des Gates Cn zugeführt, wodurch ein Wechsel von »t« auf »0« erhalten wird. Das Gate G, schaltet das Flip-Flop RSs in den Setzustand, so daß der Ausgang 7) sich von »0« auf »1«

schrtebene Betrieb findet während dieses Zeitraums nicht statt, da das Fliy-Flop RS, im Reset/.ustand gehalten wird.

Wenn das Gate Cm im »1« Zustand ist, wird der Kondensator 45 nicht geladen, während der Ausgang Q des
T-Flip-Flops »0« ist und das Gate Cn sich im »1«-Zustand befindet, so daß der Entladeverstärker F außer
Betrieb bleibt. Dementsprechend ist die Spannung am
Pin 12 Null. Wenn die Neonlampc 30 bei Unterschreitung des Temperatur-Sollwerts wieder getriggcrt wird. 50 ändert, und das Gate G« ändert sich von »1« auf »0«. Das setzt der oben beschriebene Betrieb wieder ein. und der T-Flip-Flop weist am Ausgang Q »0« auf. So gibt das Energiesteuerthyristor 47 wird getriggert. um die Heizvorrichtung 6 anzusteuern.

Nunmehr wird die in F i g. 9 dargestellte Hysleresissteuerung beschrieben. Dabei ist der Wählschalter 10 v;
geschlossen. Mit dem Schließen des Wählschalters 10
ändern sich das Gate Gi* von »1« auf »0« und das Gate
G20 von »0« auf »1«. Da das Gate Ci bereits im »!«-Zustand ist, ändert sich das Gate Gi von »0« auf »1« und
das Gate G;> von »1« auf »0«. der erste Zähler / ist m> Flops RS₁ von »0« auf »1« ändert. Da der Ausgang Q deshalb nicht mehr im Resctzustand. Wenn das Gate Ci des Flip-Flops RSi zu diesem Zeitpunkt »1« ist. ändert von »0« auf »1« zum gleichen Zeitpunkt wechselt, wer- sich das Gate Ci von »1« auf »0«. Dieser Ausgang schalden die Flip-Flops RSi und RS. der Hysteresissehaliung let das Flip-Flop RS* in den Setzustand und änderulcs- H ebenfalls aus dem Resetzustand geschaltet. sen Ausgang Q von »0« auf »1«. Der Ausgang Q do

Die Beschreibung des Betriebs bei Hysieresiss'.euc- &<; Füp-Flops RSi ändert sich für einen Zeitraum von z/7 rung erfolgt an Hand der F i g. 3 und 10. ?Obci der Zeil- für einen Nulldurchgang von »0« auf »1«. wenn die Vcrpunkt fi in Fig. 10 als Starlpunkt angenommen wird. sorgungsspannung Vm etwa zum Zeitpunkt fo ncgati Während des Zeitraums von ii bis fs führen die Schaltun- wird. Dementsprechend ist der Ausgang ζ) des Flip

Gate C_n in jedem Fall »1« und schaltet den Entladeverstärker Fab. wodurch von Pin 12 kein Triggersignal an den Energicstcucrthyristor47 geliefert wird.

Während die Versorgungsspannung V.«· während des Zeitraums f; bis t» negativ ist. fällt die Ist-Temperatur des Gegenstandes 3 ab, wodurch die Neonlampe 30 einen Impuls I_n 1 erzeugt, der das Flip-Flop RS\ in den Seizusiand schallet und den Ausgang des Q des Flip-

4.ZJ !>-/ I ZJ I

11 12

Flops RSa »1« und der Ausgang 1) ist »I«, so daß der Ausgang des Gates C21, nämlich dt.· Eingang Tdcs erster. Flip-Flops Tn des ersten Zählers /für JTauf Null

Am l-ndc des Abfalls des F.ingangs von 7'von »I« auf »0« iinileri sich der Ausgang (,) lies itsilmi Zähler-i-'lip-Hops 7/t von »0« auf »I«. Beim Niilldiirchgiiny. wenn die Versorgungsspannung V_M zum Zeitpunkt Tu negativ wird, ändert sich der Eingang Tdes ersten Flip-Flops Tn von »1« auf »0«, dementsprechend geht der Ausgang Qdesersten Flip-Flops Tn von»l« auf »0« zurück, so da B zwei Frequenzteiloperationen durchgeführt werden.

Da der erste Zähler / ein Vielfachslufcnzahler ist, wird der obigr Betrieb wiederholt. Direkt vor dem Zeitpunkt f„, nämlich bevor die Zeit für die Endstufe, dem η-ten Flip-Flop Ti_n am Ende des Abfalls des Eingangs T des ersten Flip-Flops Tn von »1« auf »0« abgelaufen ist, ändert sich der Ausgang Q des End-Flip-Flops Ti,, von »0« auf »i«. Diese Änderung des Ausgangs Q auf »i« >o gibt an den ersten Zähler /, Tn bis Ti, ein Rcsetsignal. Zum gleichen Zeitpunkt ändert sich der Ausgang des Gates G5 von »I« auf »0«. wodurch die Flip-Fiops /f.S'i und /?St der Hysteresisschaltung Hdurch ein Reset auf ihren Anfangszustand geschaltet werden. Somit wechseit das Gate G» von »0« auf »1« und gibt den Ausgang Qdes Γ-Flip-Flops Tfrci.

Dieser Resetzustand dauert einige Zeit (Zeitraum AIn) vor dem Zeitpunkt I_n + 1 an. Mit dem Ansteigen von »0« auf »1« eines positiven Nulldurchgangsimpulses JT, wenn die Versorgungsspannung von V\c vom negativen zum positiven Bereich wechselt, der von dem AND-Ausgang des Ausgangs Q des Flip-Flops RS: und des Ausgangs des Gates Cn abgegeben wird, ändert sich Cn, von »1« auf »0«, und G;i von »0« auf »I«. wo- J5 durch das End-Flip-Flop Ti_n des ersten Zählers / ein Resetsignal erhält. Dementsprechend fällt der Ausgang Qdes End-Fiip-rlops Ti_n von »i« aiii »0«, wodurch die Flip-Flops T/1 bis 7},des ersten Zählers /aus dem Resetzustand gebracht werden. Somit werden während des Zeitraums von t„ bis /„., 1, während die Spannung V_M im negativen Halbzyklus bleibt, die Flip-Flops Ti 1 bis T/, im Resetzustand gehalten, womit sie zuverlässig zu ihrem Anfangszustand zurückgeschaltet werden.

Wenn weiterhin der Ausgang Q des End-Flip-Flops 4^r> Tin von »1« auf »0« abfällt, ändert sich der Eingang des Gates Gib von »1« auf »0«, wodurch der Rcsetimpuls des End-Flip-Flops Ti_n eliminiert wird, das sich somit selbst zurückstellt. Der Zeitraum von h bis i„ ist der Zählzeitraum Ti für den ersten Zähler /. Da die Ist-Tem- ίο peratur des Gegenstandes 3 über den Zeitraum Ti abfällt, wird ein Impuls l_n„ während des Zeitraums i„ bis t„ + 1, der dem Zeitraum T/ folgt, erzeugt. Das Flip-Flop RSi der Impulsfolgen-Fcrmeinheit Cwird in Ansprache auf den Impuls t,,„ gesetzt. Der Energiestcucrthyristor 47 wird getriggert, um die Heizvorrichtung 6 anzusteuern.

Die Ist-Temperatur des zu erwärmenden Gegenstandes 3 wird über den Bereich /STd, wie F i g. 9 zeigt, darch Wiederholen der oben beschriebenen Betriebsschritte f>o verändert Wenn der Wählschalter 10 geöffnet ist, schaltet das Gate G₂₀ die Flip-Flops /?S₃und /?S₄der Hysteresisschaltung H, und des ersten Zählers / in den Resetzustand und die Temperatur-Steuervorrichtung geht in die proportionale Steuerung über. b5

Hierzu 8 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

I. Temperatur-Steuervorrichtung für cine Heizvorrichtung, mit einer Regelvorrichtung für die Energiezufuhr zur Heizvorrichtung, einem Temperatursensor zur Messung des von der Heizvorrichtung erzeugten Temperatur-Istwertes, einer Einstellvorrichtung für einen Temperatur-Sollwert, einem den Temperatur-Istwert mit dem Temperatur-Sollwert vergleichenden, bei dessen Über- bzw. Unterschreitung jeweils ein »AUS«- bzw. »EIN«-S'.gna! erzeugenden Signalgeber und einer dessen Signal aufnehmenden Steuerschaltung zur entsprechenden Betätigung der Regelvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß