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Temperaturüberwachungsschaltung
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Die Erfindung betrifft eine Temperaturüberwachungsschaltung mit einem
Temperaturfühler, mit einem nachgeschalteten Verstärker und mit einem das Ausgangssignal
des Verstärkers verarbeitenden, bistabiles Verhalten aufweisenden Schwellwertglied,
in Abhängigkeit von dessen Zustand eine Anzeigeeinrichtung einschaltbar ist.
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Eine derartige Temperaturüberwachungsschaltung ist aus der DE-AS 12
87 330, insbesondere Fig. 2 und zugehörigem 3eschreibun0stet,bekannt. Hierbei ist
ein T-emmperaturfühler in Form eines TemperaturfUhls,iiderstandes zusam=-en mit
ohmschen Widerständen und Zenerdioden in einer Brüklenschaltung angeordnet. Die
Klemmen der Brückendiagonale sind hierbei mit den Basisanschlüssen von zwei als
Gleichstromdifferenzverstärker dienenden Transistoren verbunden.
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Dem Gleichstromdifferenzverstärker ist ein als bistabile Kippstufe
ausgeführter Gleichstromverstärker nachgeschaltet, in dessen Ausgangskreis ein vom
Zustand dieses bistabilen Gleichstromverstärkers ansteuerbares Alarmrelais als Anzeigeeinrichtung
angeordnet ist.
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Bei Heizungsanlagen hängt der optimale Verbrennungswirkungsgrad unter
anderem von der Abgastemperatur ab. Eine Erhöhung der Abgastemperatur während der
Betriebsdauer einer Heizungsanlage deutet darauf hin, daß die Verbrennung nicht
mehr rußfrei abläuft. In diesem Fall muß die Einstellung des Brenners korrigiert
werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine preisgünstige Temperaturüberwachungsschaltung
anzugeben, die es dem Laien in einfacher Weise gestattet festzustellen, ob die Heizungsanlage
noch in einem Bereich hohen Wirkungs-
grades arbeitet oder ob eine
Brennernachstellung erforderlich ist. Darüber hinaus liegt der Erfindung die Aufgabe
zugrunde, ein einfach handhabbares Verfahren zur Einstellung der Temperaturüberwachungsschaltung
auf den Schwellwert anzugeben.
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Die erstgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
das Schwellwertglied eine einstellbare Schalthysterese aufweist, deren Einsatzpunkte
so gewählt sind, daß ihre Differenz den Bereich der Abgas temperatur bei einer Heizungsanlage
einschließt, der zwischen einer optimalen Verbrennung und einer eine Nachstellung
des Brenners erforderlich machenden Verbrennung des Energieträgers liegt. Damit
ist berücksichtigt, daß sich der Ver-Brennungzwirkungsgrad and die Äbgasteperatur
im Laute der Zeit scnlleichend verändern, wobei sich sn die orti-:nale Äbgasteinperatur
ein bestizmter, noch tolerabler 3ereich der Äbgaste:nperatur anschließtw in dem
noch keine Nachstellung des Brenners erforderlich ist. Erst wenn dieser tolerable
Bereich der Abgastemperatur, der durch die Einsatzpunkte der Schalthysterese bestimmt
ist, verlassen wird, wird eine Nachstellung des Brenners als erforderlich signalisiert.
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In an sich bekannter Weise kann der Temperaturfühler in einer Brückenschaltung
mit Meßwiderständen angeordnet sein. Durch die Brückenschaltung sind die Einflüsse
der Umgebungstemperatur der Tempe raturübe rwachungs schaltung weitgehend ausgeglichen.
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Eine bevorzugte Ausführungsform besteht darin, daß als Verstärker
ein Operationsverstärker dient, dessen Eingänge über Widerstände mit den Klemmen
der Brückendiagonalen der Brückenschaitung verbunden sind und daß das Ausgangssignal
des Operationsverstärkers über einen weiteren Widerstand auf den invertierenden
Eingang zurückgeführt ist. Ein derartiger Verstärker ist kostengünstig und mit
hoher
Funktionssicherheit herstellbar.
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Es ist vorteilhaft, wenn das Schwellwertglied einen Operationsverstärker
aufweist, an dessen invertierendem Eingang über einen Widerstand das Ausgangssignal
des Verstärkers ansteht und dessen nichtinvertierender Eingang einerseits mit einer
einstellbaren Spannung zur Vorgabe der Schaltschwelle beaufschlagt ist und andererseits
über einen einstellbaren Widerstand zur Vorgabe der erforderlichen Schalthysterese
mit dem Ausgang dieses Operationsverstärkers verbunden ist. Dieses Schwellwertglied
ist kostengünstig aus handelsüblichen Bauelementen erstellbar und gestattet di unabhängige
Einstellung der Schaltschwelle sowie der Schalthysterese.
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Als Anzeigeseinrichtung können zwei Luchtdioden unterschiedlicher
Emissionsfarbe dienen, von denen die e ne eine dem Betrieoszustar.d "ordunsgemäße
Verbrennui'g;? und die andere dem Betriebszustand 1achstellung des Brenners erforderlich"
zugeordnet ist und die anodenseitig mit der positiven Speisespannung und kathodenseitig
mit dem Schwellwertglied verbunden sind, wobei zwischen dem Ausgang des Schwellwertgliedes
und eine der Leuchtdioden ein Invertierglied geschaltet ist. Damit ist durch das
Ansprechen der einen, den Betriebszustand "ordnungsgemäße Verbrennung signalisierenden
Le>chtdiode klar erkennbar, daß eine Nachstellung das Brenners noch nicht erforderlich
ist, wohingegen beim Ansprechen der anderen, den Betriebszustand "Nachstellung des
Brenners erforderlich" zugeordnete Leuchtdiode dem Laien klar erkennbar ist, daß
nunmehr ein Eingreifen in den Brenner unumgänglich notwendig ist. Diese Erkennung
des Zustandes ist bei der aus der eingangs erwähnten DE-AS 12 87 330 bekannten Temperaturüberwachungsschaltung
mit der Aktivierung eines Alarmrelais nicht in gleicher Weise möglich, da das Nichtansprechen
des Alarmrelais sowohl einen einwandfreien Betriebszustand als auch einen Ausfall
der Temperatur-
überwachungsschaltung bedeuten kann.
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In einer bevorzugten Ausführungsform dient als Invertierglied ein
NAND-Gatter, dessen zweiter Eingang mit einem Taktgeber verbunden ist. Damit besteht
die Möglichkeit zur Verdeutlichung des Betriebszustandes l'Nachstellung des Brenners
erforderlichtt ein besonders ins Auge fallendes Blinksignal auszulösen.
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Die zweite Teilaufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß nach
einer Einstellung des Brenners auf optimale Verbrennung die einstellbare Spannung
zur Vorgabe der Schaltschwelle so gewählt wird, daß die dem Betriebszustand "ordnungsgemäße
Verbrennung" zugeordnete Leuchtdiode aktiv wird. Damit kann - unter der Voraussetzung,
daß bereits die Breite der Schalthysterese aus die entsprechende Heizungsanlage
und den zugehörigen Temperaturfühler abgestimmt ist - ein einfacher Abgleich der
Temperaturüberwachungsschaitung auf die Scha:Ltschwelle vorgenommen werden.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in den Fig. 1 bis 3 dargestellten
Ausfü'irungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigt; Fig. 1 ein Blockschaltbild der
TemperatuNiberwachungsschaltung, Fig. 2 eine konkrete Realisierung des in Fig. 1
dargestellten Blockschaltbildes und Fig. 3 das Ausgangssignal des Schwellwertgliedes
in Abhängigkeit von der Abgastemperatur.
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In dem in Fig. 1 dargestellten Blockschaltbild beinhaltet der mit
dem Bezugszeichen S bezeichnete Block die Temperaturfiihlerschaltung. Als Temperaturfühler
können alle Arten temperaturabhängiger Bauelemente eingesetzt werden, also beispielsweise
Thermoelemente, Halbleitertemperaturfühler oder Widerstandsthermometer. Das Aus-
gangssignal
der Temperaturfühlerschaltung S ist einem Verstärker V zugeführt, in dem das Eingangssignal
- sofern erforderlich - linearisiert und in eine für die anschließenden elektronischen
Komponenten im Signalpegel geeignete temperaturproportionale Spannung umgeformt
wird.
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Den Verstärker V nachgeschaltet ist ein Schwellwertglied K, das Kippverhalten
mit einer Hysterese einstellbarer Breite A aufweist. Die Einsatzpunkte der Schalthysterese
sind so gewählt, daß der Einsatzpunkt T1 der bei optimaler Einstellung des Brenners
auftretenden Abgastemperatur entspricht und daß beim Einsatzpunkt T2 der noch tolerable
Bereich der Abgastemperatur endet, bei dessen uberschreitwng also eine Nachstellung
des Brenners erforderlich ist.
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In AbhängiXsit vom Ausgangs signal des Schwel l'.irertgli edes K ist
eine Anzeigeeinrichtung I ausgesteuert.
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Bei der in Fig. 2 dargestellten konkretisierten Schaltung ist im Rahmen
des Temperaturfühlerblockes S der als Halbleiterfühler ausgebildete Temperaturfühler
1 zur am men mit den Meßwiderständen 2 bis 4 in einer Brückenschaltung angeordnet.
Das an den Klemmen 5 und 6 der 3rückendiagonale abgegriffene Ausgangs signal ist
über die Widerstände 7 und 8 dem nichtinvertierenden bzw. invertierenden Eingang
des Operationsverstärkers 9 zugeführt, wobei das Ausgangssignal des Operationsverstärkers
9 über den Widerstand 10 auf den invertierenden Eingang zurückgeführt ist.
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Das Schwellwertglied K beinhaltet einen weiteren Operationsverstärker
11, dessen invertierender Eingang über den Widerstand 12 mit dem Ausgang des Operationsverstärkers
9 verbunden ist. Der nichtinvertierende Eingang des Operationsverstärkers 11 ist
über einen Widerstand 13 mit dem Abgriff eines einstellbaren Widerstandes 14 zur
Vor-
gabe des bei T1 liegenden Einsatzpunktes oder der Schaltschwelle
verbunden, der zwischen der positiven Speisespannung und dem Bezugspotential liegt.
Darüber hinaus ist der Ausgang des weiteren Operationsverstärkers 11 mit dem nichtinvertierenden
Eingang über den einstellbaren Widerstand 15 verbunden. Der einstellbare Widerstand
15 ermöglicht die Vorgabe der erforderlichen Schalthysterese und damit die Einstellung
des bei T2 liegenden Einsatzpunktes des Schwellwertgliedes K.
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In der Anzeigeeinrichtung wird das Ausgangssignal des Schwellwertgliedes
K weiter verarbeitet. Prinzipiell ist als Anzeigeeinrichtung jeder ein optisch oder
akustisch wahrnehmbares Signal abgebender Signalgeber geeignet. In dem in Fn0, 2
d.roestel'ten Ausühsln,sbeistiel umfaßt die Anzeigeeinrichtung zwei Leuchtdioden
16 und 17, wobei die Leuchtdiode 16 dem Betriebszustand "ordnunsgemäße Verbrenr.1-n¢"
zugeordnet ist und grünes Licht emittiert. Die Leuchtdiode 17 ist dem Betriebszustand
nN2chstellung des Brenners erforderlich" zugeordnet und emittiert rotes Licht. Beide
Leuchtdioden 16 und 17 sind anodenseitig über den Strombegrenzungswiderstand 18
mit der positiven Speisespannung verbunden. Kathodenseitig ist die Leuchtdiode 16
mit dem Ausgang des Schwellwertgliedes K verbunden. Der Ausgang des Schwellwertgliedes
K ist darüber hinaus über ein NAND-Gatter 20 mit dem Hathodenanschluß der Leuchtdiode
17 verbunden. Der zweite Eingang des NSlD-Gatters 20 wird durch das Ausgangssignal
eines Taktgebers 21 gespeist, dessen AusgangsSrequenz so bemessen ist, daß das durch
sie hervorgerufene Blinken bei Aktivwerden der Leuchtdiode 17 durch das menschliche
Auge noch gut wahrnehmbar ist.
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Die Wirkungsweise der Temperaturüberwachungsschaltung wird anhand
des in Fig. 3 dargestellten Diagramms veranschaulicht, wobei als Abszisse die absolute
Temperatur T, als Ordinate das Ausgangssignal UK des Schwell-
wertgliedes
K gewählt ist, das lediglich die beiden logischen Signalpegel H bzw. L annehmen
kann. Es sei angenommen, daß die Abgastemperatur T anfangs bereits oberhalb des
Einsatzpunktes oder der Schaltschwelle T2 liegt, so daß das Ausgangssignal des Schwellwertgliedes
K H-Pegel aufweist. Damit liegt der Betriebszustand "Nachstellung des Brenners erforderlich"
vor, der durch rotes Blinklicht signalisiert wird. Nun erfolgt eine Einstellung
des Brenners auf optimalen Wirkungsgrad mit entsprechend abgesenkter Abgastemperatur.
Unmittelbar daran anschließend wird der Abgriff des einstellbaren Widerstandes 14
des Schwellwertgliedes x solange verändert, bis das rote Blinklicht der Leuchtdiode
17 erlischt und statt dessen die grünes Dauerlicht emittierende Leuchtdiode 16 aktiv
wird. Dies erfolgt im 3insatzpwnkt oder der Schaltschwelle T1, die der bei optimalem
lwlirkunOsgrad der Heizungsanlage auftretenden Abgastemperatur ntspricht. Bei dem
Einsatzpunkt oder der Schaltschwelle T7 wechselt das Ausgangssignal des Schrellwertgliedes
K von H-Pegel zu L-Pegel. In der anschließenden Betriebszeit der Heizungsanlage
wird sich langsam der Wirkungsgrad wieder verschlechtern, was zu einem Ansteigen
der Abgastemperatur T führt. Solange dieser Anstieg der Abgastemperatur sich jedoch
in dem noch tolerablen Temperaturbereich bewegt, der durch den Bereich zwischen
den Einsatzpunkten oder Schaltschwellen T1 und T2 der Schalthysterese des Schwellwertgliedes
K liegt, wird weiterhin grünes Dauerlicht durch die Leuchtdiode 18 emittiert, so
daß ohne weiteres erkennbar ist, daß noch der Betriebszustand "ordnungsgemäße Verbrennung"
vorliegt. Erst am Ende dieses Betriebsbereiches, der bei dem Einsatzpunkt oder der
Schaltschwelle T2 liegt, tritt ein Signalwechsel am Ausgang des Schwellwertgliedes
K von L-Pegel nach H-Pegel auf, durch den die Leuchtdiode 16 abgeschaltet und statt
dessen die rotes Blinklicht emittierende Leuchtdiode 17 eingeschaltet wird.
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Die Einstellung des Bereiches \ der Schalthysterese ist durch den
einstellbaren Widerstand 15 izi Fig. 2 möglich.
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Diese Einstellung wird in Abhängigkeit vom verwendeten Temperaturfühler,
dem Verstärkungsfaktor des Verstärkers V und der Abgastemperatur T vorgenommen,
bei der eine nicht tolerable Verschlechterung des Wirkungsgrades der Heizungsanlage
vorliegt.
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7 Patentansprüche 3 Figuren