DE3150601C2 - - Google Patents
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- DE3150601C2 DE3150601C2 DE3150601A DE3150601A DE3150601C2 DE 3150601 C2 DE3150601 C2 DE 3150601C2 DE 3150601 A DE3150601 A DE 3150601A DE 3150601 A DE3150601 A DE 3150601A DE 3150601 C2 DE3150601 C2 DE 3150601C2
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- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D23/00—Control of temperature
- G05D23/19—Control of temperature characterised by the use of electric means
- G05D23/1906—Control of temperature characterised by the use of electric means using an analogue comparing device
- G05D23/1912—Control of temperature characterised by the use of electric means using an analogue comparing device whose output amplitude can take more than two discrete values
Description
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Regelung der
Temperatur einer Flüssigkeit auf einen Soll-Wert nach dem
Oberbegriff des Anspruches 1.
Eine derartige Einrichtung zur Regelung der Temperatur einer
Flüssigkeit ist aus der WO-80/02 352 bekannt. Diese bekannte
Einrichtung weist eine Heizeinrichtung für die Erwärmung der
Flüssigkeit, einen ersten Meßaufnehmer für den Ist-Wert der
Temperatur der Flüssigkeit, ferner ein erstes Differenzglied
für die Ermittlung der Differenz zwischen diesem Ist-
Wert und einem Bezugswert, ein zweites Differenzglied für
die Ermittlung der Differenz zwischen dem Ist-Wert der Temperatur
der Heizeinrichtung und einem Bezugswert, sowie ein
Stellglied für die Steuerung der Heizeinrichtung in Abhängigkeit
von den Ausgangssignalen der beiden Differenzglieder
auf.
Aus der US-PS 23 73 196 ist eine elektrische Heizeinrichtung
bzw. Heizregeleinrichtung bekannt, um eine Flüssigkeit
auf einen gewünschten Soll-Wert aufzuheizen. Bei dieser
bekannten Regelung gelangt ein einstellbarer Zeitgeber
zur Anwendung, durch den die Zeitdauer veränder werden
kann, die von einem Heizelement benötigt wird, um einen
Temperaturanstieg der Flüssigkeit um einen vorbestimmten
Wert zu bewirken.
Aus der Zeitschrift "Bulletine SEV", Band 46 (1955), Nr. 23,
Seiten 1124 bis 1126, ist eine spezifische Charakteristik
der Belastungskurve von Heißwasserspeichern bekannt und unter
anderem auch ein neuer Thermostat für Heißwasserspeicher,
durch den die Heizleistung in Abhängigkeit der jeweils
im Apparat verbliebenen Wärmemenge eingestellt werden
kann. Dieser neuartige Thermostat ist rein aus mechanischen
Teilen aufgebaut.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin,
eine Einrichtung zur Regelung der Temperatur einer Flüssigkeit
auf einen Soll-Wert der angegebenen Gattung zu schaffen,
welche die Möglichkeit bietet, eine Flüssigkeit unabhängig
von ihrer Anfangstemperatur bei sehr geringem Zeitaufwand
und möglichst geringem Energieverbrauch auf eine
gewünschte Soll-Temperatur zu bringen bzw. sie auf der
Soll-Temperatur zu halten.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichnungsteil
des Anspruches 1 aufgeführten Merkmale gelöst.
Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Einrichtung zur
Regelung der Temperatur einer Flüssigkeit auf einen Soll-
Wert kann nicht nur eine bestimmte Regelkennlinie realisiert
werden, die abhängig ist von der Regelgröße (Unterschied
zwischen Ist-Wert und Soll-Wert), sondern es kann
auch eine andere Kennlinie der Heizsteuerung realisiert
werden, und zwar beispielsweise dann, wenn der Unterschied
zwischen Ist-Wert und Soll-Wert besonders groß ist. In diesem
Fall kann also dann das erste Differenzglied die
Führung bei der Steuerung der Heizleistung übernehmen und
es kann auch auf eine sehr viel steilere Kennlinie umge
schaltet werden, so daß die Flüssigkeit in kürzestmöglicher
Zeit von einem sehr niedrigen Temperaturwert auf den
gewünschten Soll-Temperaturwert gebracht wird.
Wenn dagegen der Unterschied zwischen Ist-Wert und Soll-
Wert relativ klein ist, kann das zweite Differenzglied
die Führung der Steuerung übernehmen, so daß immer mit
geringstmöglichem Zeitaufwand und auch bei geringst
möglichem Energieverbrauch eine Flüssigkeit auf eine Soll-
Temperatur gebracht und auf der Soll-Temperatur gehalten
werden kann, und zwar unabhängig davon, von welcher
Anfangstemperatur aus mit dem Heizvorgang begonnen wird.
Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen
der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 10.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen
unter Hinweis auf die Zeichnung näher erläutert.
Es zeigt
Fig. 1 ein Blockschaltbild des Gesamtaufbaus einer
herkömmlichen Flüssigkeitstemperatur-
Regeleinrichtung;
Fig. 2a bis 2c Ausgangswellenform einer Energiequelle,
eines Zeitgebers und einer Heizansteuereinrichtung
in der herkömmlichen Einrichtung
der Fig. 1;
Fig. 3 Kurven, welche die Arbeitsweisen der Einrichtung
der Fig. 1 für verschiedene Flüssigkeitstemperaturen
wiedergeben;
Fig. 4 ein Blockschaltbild einer Einrichtung zum Regeln
der Temperatur mit Merkmalen nach der Erfindung;
Fig. 5a bis 5c, 6a bis 6c und 7a bis 7c Ausgangswellenformen
einer Energiequelle, eines Zeitgebers und
einer Heizansteuerschaltung in der Einrichtung
der Fig. 4 für jeweils verschiedene
Flüssigkeitstemperaturen;
Fig. 8 ein Blockschaltbild einer zweiten Ausführungsform
mit Merkmalen nach der Erfindung;
Fig. 9 ein Blockschaltbild einer dritten Ausführungsform
mit Merkmalen nach der Erfindung;
Fig. 10 ein Blockschaltbild einer vierten Ausführungsform
mit Merkmalen nach der Erfindung;
Fig. 11a bis 11c und 12a bis 12c Ausgangswellenformen einer
Energiequelle, eines Zeitgebers und eines Heizerstroms
der in Fig. 10 dargestellten Einrichtung
jeweils für verschiedene Flüssigkeitstemperaturen;
Fig. 13 ein Blockschaltbild einer fünften Ausführungsform
mit Merkmalen nach der Erfindung;
Fig. 14 ein Blockschaltbild einer sechsten Ausführungsform
mit Merkmalen nach der Erfindung;
Fig. 15a bis 15c und 16a bis 16c Ausgangswellenformen einer
Energiequelle, eines Zeitgebers, eines Heizerstroms
und von ersten und zweiten Leistungs
verstärkern in der Einrichtung der Fig. 14;
Fig. 17 ein Blockschaltbild einer siebten Ausführungsform
mit Merkmalen nach der Erfindung;
Fig. 18a bis 18d und 19a bis 19d Ausgangswellenformen
einer Energiequelle, eines Zeitgebers, eines
Leistungsverstärkers und der Heizerleistung
der in Fig. 17 dargestellten Einrichtung jeweils
für verschiedene Flüssigkeitstemperaturen;
Fig. 20 bis 22 Blockschaltbilder der achten bis zehnten
Ausführungsform mit Merkmalen nach der Erfindung;
Fig. 23 ein Blockschaltbild einer elften Ausführungsform
mit Merkmalen nach der Erfindung;
Fig. 24a bis 24d, 25a bis 25d, 26a bis 26d Ausgangswellenformen
einer Energiequelle, eines Addierers,
eines Zeitgebers, einer ersten Heizeransteuer
schaltung der in Fig. 23 dargestellten
Einrichtung jeweils für verschiedene
Flüssigkeitstemperaturen;
Fig. 27 ein Blockschaltbild einer zwölften Ausführungsform
mit Merkmalen nach der Erfindung;
Fig. 28 ein Blockschaltbild einer dreizehnten Ausführungsform
mit Merkmalen nach der Erfindung;
Fig. 29a bis 29d und 30a bis 30d Ausgangswellenformen einer
Energiequelle, eines Addierers, eines Zeitgebers
und ersten Heizeransteuerschaltung der in
Fig. 28 dargestellten Einrichtung jeweils für
verschiedene Flüssigkeitstemperaturen;
Fig. 31 und 32 Blockschaltbilder einer vierzehnten und
fünfzehnten Ausführungsform mit Merkmalen nach der Erfindung;
Fig. 33 ein Blockschaltbild einer sechzehnten Ausführungsform
mit Merkmalen nach der Erfindung;
Fig. 34a bis 34e und 35a bis 35e Ausgangswellenform einer
Energiequelle, eines Addierers, eines Zeitgebers,
eines Leistungsverstärkers und der Heizerleistung
der in Fig. 33 dargestellten Einrichtung
jeweils für verschiedene Flüssigkeits
temperaturen;
Fig. 36 und 37 Blockschaltbilder der siebzehnten und achtzehnten
Ausführungsform mit Merkmalen nach der Erfindung;
Fig. 38a und 38b Schaltungen von zwei Beispielen eines
Meßaufnehmers;
Fig. 39 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform eines
Zeitgebers und
Fig. 40a bis 40e Ausgangswellenformen verschiedener Abschnitte
des in Fig. 39 dargestellten Zeitgebers.
In Fig. 1 weist eine herkömmliche Flüssigkeitstemperatur-
Regeleinrichtung einen Meßaufnehmer 10 zum Messen der sich
ändernden Flüssigkeitstemperatur, einen Differenzverstärker
12, eine Bezugsspannungsquelle 14, die eine vorbestimmte
Bezugsspannung erzeugt, einen Zeitgeber 16, der für eine
vorbestimmte Zeitspanne betreibbar ist, eine Heizeransteuer
schaltung 18 und einen Heizer 20 auf der zum Aufheizen
der Flüssigkeit verwendet wird. Der Meßaufnehmer 10 und der
Heizer 20 sind über die Flüssigkeit jeweils thermisch
aneinander gekoppelt.
Die Arbeitsweise der Flüssigkeitstemperatur-Regeleinrichtung
der vorbeschriebenen Ausführung ist in Fig. 2a bis
2c dargestellt. Wenn eine Energiequelle der Regeleinrichtung
angeschaltet wird, wie in Fig. 2a dargestellt ist,
wird der Zeitgeber 16 für eine vorbestimmte Zeitspanne
betrieben, wie in Fig. 2b dargestellt ist, so daß eine
höhere Spannung von der Heizeransteuerschaltung 18 für
die Betriebszeitdauer des Zeitgebers 16 an den Heizer 20
angekoppelt wird, wie in Fig. 2c dargestellt ist. Mit einer
solchen Regelung kann mit Erfolg verhindert werden, daß
die Flüssigkeit thermisch zu weit aufgeheizt wird.
Wie vorstehend ausgeführt, ist die Betriebszeitspanne des
Zeitgebers 16 im allgemeinen so gewählt, daß sich die
Temperatur des Heizers 20 optimal aufbauen kann, wenn die
Flüssigkeitstemperatur normal ist. Hierdurch wird dann eine
Flüssigkeitstemperatur-Anstiegskurve A geschaffen, die in
Fig. 3 dargestellt ist, in welcher auf die Ordinate die
Temperatur T und auf der Abszisse die Zeit t aufgetragen
ist. Jedoch kann sich die Umgebungstemperatur so ändern,
daß die Flüssigkeitstemperatur auf einen Pegel angestiegen
ist, der im wesentlichen gleich der Soll- oder Bezugstemperatur
T D ist. In diesem Fall ist das Anlegen einer Spannung
an den Heizer 20, solange der Zeitgeber 16 betätigt
wird, unnötig, und eine Energieverschwendung, da die
Flüssigkeitstemperatur weit über die Bezugstemperatur T D
hinaus ansteigt, wie durch eine Aufbaukurve B in Fig. 3
dargestellt ist. Es ist dann eine ziemlich lange Zeitspanne
erforderlich, bis sich eine solche hohe Flüssigkeitstemperatur
durch normale Strahlung erniedrigt. Folglich ist
die Betriebszeit des Zeitgebers 16 Ursache für einen
erheblichen Zeit- und Energieaufwand, wenn sie nicht null
ist. Wenn dagegen die Umgebungstemperatur verhältnismäßig
niedrig ist, wird die Flüssigkeitstemperatur angehoben,
wie durch eine Anstiegskurve C in Fig. 3 dargestellt ist,
was wiederum wegen des vorstehend beschriebenen Aufbaus
des Zeitgebers 16 eine sehr lange Zeit in Anspruch nimmt.
Die Einrichtung zum Regeln der Temperatur mit Merkmalen nach
der Erfindung, bei welcher die vorstehend beschriebenen Schwierig
keiten nicht auftreten, wird nunmehr anhand von verschiedenen
Ausführungsformen beschrieben, die in Fig. 4
bis 37 dargestellt sind. In Fig. 4 weist die Einrichtung zum
Regeln gemäß einer ersten Ausführungsform
einen ersten und einen zweiten Meßaufnehmer
40 bzw. 42 auf. In der Einrichtung zum Regeln
sind ferner ein erstes und ein zweites Differenzglied
44 bzw. 46, eine Bezugsspannungsquelle
48, ein Zeitgeber 50, eine Heizeransteuer
schaltung 52 und ein Heizer 54 vorgesehen. Der erste
Meßaufnehmer 40 spricht auf eine Flüssigkeitstemperatur vor
einem Heizabschnitt an, während der zweite
Meßaufnehmer 42 auf eine Flüssigkeitstemperatur nach dem Beginn
einer Regelung anspricht. Die Temperatur des Heizers 54
wird so angesehen, daß sie im wesentlichen mit der der
Flüssigkeit übereinstimmt. Der Heizer 54 und der zweite
Meßaufnehmer 42 sind thermisch aneinander gekoppelt. Der
Zeitgeber 50 ist so ausgelegt, daß er einen verhältnismäßig
kurzen Impuls erzeugt, wenn seine Eingangsspannung verhältnis
mäßig niedrig ist, einen verhältnismäßig langen
Impuls erzeugt, wenn sie verhältnismäßig hoch ist und
keinen Impuls erzeugt, wenn sie null oder negativ ist.
Ein derart ausgelegter und bemessener Zeitgeber 50 kann
ohne weiteres aus einem Integrator und einem Vergleicher
aufgebaut werden. Bezugsspannungsquelle 48 wird dazu
verwendet, die Flüssigkeitstemperatur über den Heizer 54
bei einem üblichen Regelbetrieb auf einen vorgegebenen
Wert zu regeln.
Wenn eine (nicht dargestellte) Energiequelle für die Regel
einrichtung angeschaltet ist, messen die Meßaufnehmer 40 und
42 einzeln die Flüssigkeitstemperatur, und ihre Ausgangs
spannungen werden an die Differenzglieder 44 bis 46
angelegt. Die Meßaufnehmerausgangsspannungen werden einzeln
durch die entsprechenden Operationsverstärker mit einer
Bezugsspannung verglichen, welche von der Bezugsspannungsquelle
48 an die Operationsverstärker angekoppelt ist und
eine Solltemperatur darstellt. Der Ausgang
des Differenzgliedes 44 wird dem Zeitgeber 50 zugeführt,
während der Ausgang des Differenzgliedes 46 der Heizer
ansteuerschaltung 52 zugeführt wird. Wenn die gemessene
Temperatur etwas niedriger als die Solltemperatur ist,
ist auch der Ausgangspegel des Meßaufnehmers 40 verhältnismäßig
niedrig, so daß dann der Zeitgeber 50 einen Impuls verhältnis
mäßig kurzer Dauer erzeugt, wie in Fig. 5b dargestellt
ist. Dieser Zeitgeber-Ausgangsimpuls wird an die Heizeransteuer
schaltung 52 angelegt, wodurch bei der genau festgelegten
Impulsdauer eine vorbestimmte verhältnismäßig
hohe Spannung von der Ansteuerschaltung 52 an den Heizer
54 angelegt wird, wie in Fig. 5c dargestellt ist. Nachdem
der Impulsausgang des Zeitgebers 50 endet, wird zugelassen,
daß die Ansteuerschaltung 52 den Heizer 54 mit einer
gesteuerten Spannung entsprechend einem Ausgang des Differenz
gliedes 46 versorgt. Wenn die mittels des Meßaufnehmers 40
gemessene Flüssigkeitstemperatur viel tiefer ist als die
Solltemperatur, erzeugt zwischen das zugeordnete
Differenzglied 44 eine weitaus höhere Ausgangsspannung,
so daß der Zeitgeber 50 seinerseits einen Impuls mit
der in Fig. 6b dargestellten Dauer erzeugt, welcher viel
länger ist als der in Fig. 5b. Dann wird, wie in Fig. 6c
dargestellt, während eines längeren Zeitabschnitts eine
hohe Spannung von der Ansteuerschaltung 52 an den Heizer
54 angelegt. Wenn dagegen die von dem Meßaufnehmer 40 gemessene
Flüssigkeitstemperatur im wesentlichen dieselbe wie die
Solltemperatur oder sogar höher als diese ist, liegt kein
Impuls von dem Zeitgeber 50 an, wie in Fig. 7b dargestellt
ist, und folglich wird die Ausgangsspannung der Ansteuerschaltung
52 allein durch die Ausgangsspannung des zweiten
Meßaufnehmers 42 vorgeschrieben, um dadurch den üblichen
Regelbetrieb zu schaffen. Auf diese Weise ist bei der dargestellten
Ausführungsform der Nachteil der herkömmlichen
Einrichtung dadurch beseitigt, daß an den Heizer 54 eine
Spannung veränderlicher oder steuerbarer Dauer in der Aufbaustufe
des Heizerbetriebs angelegt wird.
In Fig. 8 ist eine zweite Ausführungsform mit Merkmalen nach der
Erfindung dargestellt, welche im wesentlichen der der Fig. 4 entspricht,
außer daß ein Strombegrenzer 56 zwischen der
Ansteuerschaltung 52 und dem Heizer 54 vorgesehen ist.
In Fig. 8 sind die Funktionsblöcke, die denen der Fig. 4
entsprechen, mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Durch
den Strombegrenzer 56 ist wirksam eine Beschädigung
an dem Heizer 54 verhindert, zu welcher es kommen würde,
wenn die Differenz zwischen der Isttemperatur
der Flüssigkeit und der Solltemperatur so
groß war, daß die Ausgangsspannung des Differenzgliedes
46 übermäßig hoch würde, um die Energiezufuhr von der
Ansteuerschaltung 52 an den Heizer 54 über eine vorgesehene,
zulässige Leistung des Heizers hinaus zu erhöhen.
In Fig. 9 ist eine dritte Ausführungsform mit Merkmalen nach der
Erfindung dargestellt, welche eine vereinfachte Schaltungsausführung
aufweist. Die Blöcke in Fig. 9, welche denen in Fig. 4
entsprechen, sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
Wie dargestellt, ist ein einziger Meßaufnehmer 40 und
ein einziges Differenzglied 44 vorgesehen, das mit
dem Meßaufnehmer 40 verbunden ist. Der Zeitgeber 50
ist so ausgelegt, daß er für einen bestimmten Zeitabschnitt
arbeitet, welcher durch eine Spannungsdifferenz
festgelegt ist, die einer Differenz zwischen einer
tatsächlichen Flüssigkeitstemperatur und der Solltemperatur
entspricht. Nach einer Betätigung des Zeitgebers 50
führt die Regeleinrichtung in üblicher Weise Flüssigkeits
temperaturregelung durch. Bei dieser Anordnung
ist kein zweiter Meßaufnehmer 52 und auch kein zweites
Differenzglied 46 erforderlich, so daß dadurch eine
erheblich vereinfachte Schaltung geschaffen ist.
Wie bisher beschrieben, ist bei den ersten bis dritten,
in Fig. 4, 8 und 9 dargestellten Ausführungsformen im
allgemeinen ein Zeitgeber vorgesehen, dessen Betriebszeit
entsprechend der Differenz zwischen einer Spannung, welche
einer Flüssigkeitstemperatur entspricht, welche beim Anschalten
der Energiequelle gemessen wird, und einer Sollspannung
steuerbar festgelegt ist, die einer
Solltemperatur entspricht. Hierdurch kann eine
einer Regelung unterzogene Flüssigkeit in einer
Aufbaustufe während eines Zeitabschnitts aufgeheizt werden,
welcher der Temperatur der Flüssigkeit vor einem Regelvorgang
angepaßt ist. Folglich wird nicht nur der Zeitabschnitt,
der für die Aufbau- oder Anheizstufe erforderlich ist,
wodurch ein unnötiger Zeitverbrauch verhindert ist, sondern
es wird auch Energie gespart.
In Fig. 10 ist eine vierte Ausführungsform mit Merkmalen nach der
Erfindung dargestellt, welche der Ausführungsform der Fig. 8 entspricht,
und in welcher folglich entsprechende Elemente mit den gleichen
Bezugszeichen bezeichnet sind. In dieser Ausführungsform
ist die Heizeransteuerschaltung 52 durch einen Spannungs-
Strom-Umsetzer 60 gebildet. Der Spannungs-
Strom-Umsetzer 60 erzeugt einen Strom, welcher einer
Ausgangsspannung des ersten Differenzgliedes 44 proportional
ist, d. h. der Ausgangsstrom des Umsetzers 60 ist
null, wenn die Ausgangsspannung des Differenzgliedes 44 null
ist. Der Zeitgeber 50 versorgt den Umsetzer 60 mit einem
Impuls vorbestimmter Dauer, sobald die Energiequelle angeschaltet
wird. Der Ausgang eines Operationsverstärkers
46 ist über den Strombegrenzer 56 und eine einen
Strom in umgekehrter Richtung verhindernde Diode 62 an den
Heizer 54 angekoppelt.
Wenn eine Energiequelle angeschaltet wird, wie in Fig. 11a
dargestellt, werden die Ausgangsspannungen der beiden Meßaufnehmer
40 und 42 durch die entsprechenden Differenzglieder
44 und 60 mit einer Bezugsspannung verglichen, welche von
der Bezugsspannungsquelle 48 angelegt wird und welche eine
Solltemperatur darstellt. Der Ausgang des Differenzgliedes
44 wird dem Umsetzer 60 zugeführt. Beim Anschalten
der Energiequelle wird der Zeitgeber 50 für eine bestimmte
Zeitspanne betätigt, wie in Fig. 11b dargestellt ist, um
den Umsetzer 60 mit einem Impuls konstanter Dauer zu versorgen.
Wenn die tatsächliche Flüssigkeitstemperatur niedriger
als die Solltemperatur ist, erzeugt das Differenzglied
44 eine verhältnismäßig niedrige Spannung, so
daß ein verhältnismäßig niedriger Aufbaustrom dem Heizer 54
für die Betriebszeitspanne des Zeitgebers 50 zugeführt
wird, wie in Fig. 11c dargestellt ist. Der Heizer 54 wird
auch von dem Strombegrenzer 56 über die Diode
52 mit einem Steuerstrom versorgt. Wenn die Flüssigkeits
temperatur weiterhin niedriger als die Solltemperatur ist,
wird die Ausgangsspannung des Differenzgliedes 44 erhöht,
um dadurch den Ausgangsstrom des Umsetzers 60 zu erhöhen.
Dieser erhöhte Ausgangsstrom des Umsetzers wird dem Strom
des Strombegrenzers 56 überlagert, wie in Fig. 12c dargestellt
ist, wodurch der Heizer 54 mit einem höheren Strom
erregt wird. Wenn dann die Flüssigkeitstemperatur im wesentlichen
gleich der Solltemperatur oder höher als diese
ist, wird die Ausgangsspannung des Differenzgliedes
44 null, und folglich wird die Ausgangsspannung des Umsetzers
60 trotz eines Ausgangs von dem Zeitgeber 50 null.
Somit kann dann nur der Steuerstrom durch den Heizer 54
fließen. Gleichzeitig mit dem auf diese Weise verhinderten,
unwirtschaftlichen Stromfluß kann auch ein überstarkes Anheizen
bzw. ein "thermisches Überschwingen" der Flüssigkeit
ausgeschlossen werden.
In Fig. 10 ist die einen Gegenstrom verhindernde Diode 62
unerläßlich, um zu verhindern, daß der Strombegrenzer 56
in der Aufbaustufe der Regelung eine Last an dem Umsetzer
60 darstellt. Sollte die Diode 62 fehlen, könnte der Strom
begrenzer beschädigt werden oder die Aufbauregelung könnte
praktisch ausfallen bzw. versagen.
In Fig. 13 ist eine fünfte Ausführungsform mit Merkmalen nach der
Erfindung dargestellt, welche der Ausführungsform der Fig. 10 entspricht,
außer daß der Umsetzer 60 durch einen Leistungsverstärker
70 ersetzt ist, und daß der Strombegrenzer
56 zwischen dem Leistungsverstärker 70 und dem
Heizer 54 angeordnet ist. In Fig. 6 sind daher dieselben
Schaltungsblöcke wie in Fig. 10 mit den gleichen Bezugszeichen
bezeichnet. In der dargestellten Anordnung wird der
Ausgang des Differenzgliedes 44 durch den Leistungs
verstärker 70 verstärkt, um eine für einen Aufbau
ausreichende Leistung zu haben, d. h. er wird so verstärkt,
daß nur der Strom erhöht wird, während die Spannung auf
demselben Pegel gehalten wird. Der Ausgang des Leistungs
verstärkers 70 wird für eine Zeitspanne, welche durch den
Zeitgeber 50 festgelegt ist, an den Heizer 54 angekoppelt.
Wenn der Spannungsunterschied über die vorgesehen, zulässige
Leistung des Heizers 54 hinaus ansteigt, wird er
dazu verwendet, den Strom zu begrenzen, der durch einen
zweiten Strombegrenzer 56 a fließt. Hierdurch wird die
Energie begrenzt, welche dem Heizer 54 während einer Aufbauphase
zugeführt wird, wodurch eine wirksame Aufbauregelung
gefördert wird, ohne daß ein Schaden an dem Heizer 54 oder
ein ähnlicher Unglücksfalle zu befürchten ist.
In Fig. 14 ist eine sechste Ausführungsform mit Merkmalen nach der
Erfindung dargestellt, welche im wesentlichen der Ausführungsform
der Fig. 13 gleicht, und folglich sind auch die gleichen
Blöcke wie die in Fig. 13 mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
Ein charakteristisches Merkmal der Anordnung der
Fig. 14 besteht darin, daß eine erste einen Stromfluß in
umgekehrter Richtung verhindernde Diode 72 zwischen einem
ersten Leistungsverstärker 70 und dem Strombegrenzer 56
angeordnet ist, während der Ausgangsanschluß des zweiten
Operationsverstärkers 46 über einen zweiten Leistungsverstärker
70 a und eine zweite einen Stromfluß in umgekehrte
Richtung verhindernden Diode 74 mit dem Strombegrenzer 56
verbunden ist. Wenn eine Energiequelle angeschaltet wird,
wie in Fig. 15a dargestellt, wird der Zeitgeber 50 für eine
vorbestimmte Zeitspanne betrieben, wie in Fig. 15b dargestellt
ist. Während dieser Zeitspanne verstärkt dann der
erste Leistungsverstärker 70 die Ausgangsspannung des
Differenzgliedes 44 auf eine Leistung, die für einen
Aufbaubetrieb erforderlich ist, und dann wird dessen
Ausgang über die Diode 72 und den Strombegrenzer 56 dem
Heizer 54 zugeführt. Inzwischen verstärkt der zweite Leistungs
verstärker 70 a den Ausgang des Differenzgliedes
46, und dessen Ausgang wird über die Diode 74 und den
Strombegrenzer 56 dem Heizer 54 zugeführt. Der durch den
Heizer 54 fließende Strom steigt folglich an, wie in Fig. 17c
dargestellt ist.
In Fig. 14 verhindert die erste Diode 72, daß ein Strom während
einer Aufbauphase in den zweiten Leistungsverstärker
fließt, während die zweite Diode 74 verhindert, daß
ein Strom während eines üblichen Regelvorgangs in den ersten
Leistungsverstärker 70 fließt. Durch den Strombegrenzer
56 wird somit der Strom auf einen vorbestimmten Wert gedrückt,
sobald dessen Eingangsspannung einen bestimmten Pegel
erreicht. Wenn beispielsweise der erste oder zweite Leistungs
verstärker 70 oder 70 a einen Kurzschluß bewirkt, wie
in Fig. 16c dargestellt ist, schützt der Strombegrenzer 56
den Heizer 54 vor einem Überheizen oder Durchbrennen, wozu
es sonst aufgrund eines übermäßig hohen Stromes kommen
würde, der in den Heizer 54 fließt, wie in Fig. 12b dargestellt
ist. Wenn ein ungewöhnlicher Strom durch den Heizer
54 fließt, kann der über den Strombegrenzer 56 fließende
Strom null gemacht werden.
Eine siebte Ausführungsform mit Merkmalen nach der Erfindung ist in Fig. 17
dargestellt, in welcher dieselben Elemente wie in den
verschiedenen vorherigen Ausführungsformen mit denselben
Bezugszeichen bezeichnet sind. In Fig. 17 ist der Ausgang
des ersten Differenzgliedes 74 sowohl an den Leistungs
verstärker 70 als auch an den Zeitgeber 50 angekoppelt.
Der Zeitgeber 50 erzeugt einen Impuls mit einer Dauer,
welche einer Ausgangsspannung des ersten Differenzgliedes
proportional ist. Der Ausgang des Zeitgebers wird
zusammen mit dem Ausgang des Leistungsverstärkers an eine
erste Ansteuerschaltung 52 angekoppelt, deren Ausgang
dem Heizer 54 zugeführt wird. Der Ausgang des zweiten
Differenzgliedes 56 wird über eine zweite Ansteuerschaltung
52 a und eine einen Stromfluß in umgekehrter Richtung
verhindernde Diode 62 dem Heizer 54 zugeführt.
Wenn die Flüssigkeitstemperatur etwas niedriger als eine
Solltemperatur ist, bleibt die Ausgangsspannung des
ersten Meßaufnehmers 40 verhältnismäßig niedrig, was dazu führt,
daß beim Anschalten der Energiequelle die Spannung von dem
ersten Differenzglied 44 an den Zeitgeber 50 und den
Leistungsverstärker 70 angelegt wird. Folglich ist, wie
in Fig. 18b und 18c dargestellt, die Betriebszeit des Zeitgebers
50 verhältnismäßig kurz, die Ausgangsenergie des
Leistungsverstärkers 70 verhältnismäßig klein, und auch
die dem Heizer 54 zugeführte Energie verhältnismäßig
gering, wie in Fig. 18c dargestellt ist. Wenn die
Flüssigkeitstemperatur weitaus niedriger als der Sollwert ist,
sind der Ausgang des ersten Meßaufnehmers 50 und folglich der
des Differenzgliedes 44 verhältnismäßig hoch, so daß
der Zeitgeber 50 über einen längeren Zeitabschnitt arbeitet.
Hierdurch wird die Ausgangsenergie des Leistungsverstärkers
70 und dadurch die Energie erhöht, die dem
Heizer 54 zugeführt wird, wie in Fig. 19d dargestellt ist.
Durch die in Fig. 17 dargestellte Einrichtung ist ein
sogenanntes "thermisches Überschwingen" der Flüssigkeit verhindert,
da die Energie während eines Aufbaubetriebs bzw.
einer Anstiegsphase entsprechend der Beziehung zwischen der
Ist-Flüssigkeitstemperatur und der Solltemperatur
gesteuert wird. Wenn die Betriebszeit des Zeitgebers
50 und die Ausgangsenergie des Leistungsverstärkers 70 so
vorgewählt sind, daß sie mit der niedrigsten Flüssigkeitstemperatur
vor einem Regelvorgang im Einklang bzw. verträglich
sind, wirkt der für einen Aufbau erforderliche
Zeitabschnitt kürzer, wenn die Flüssigkeitstemperatur
angehoben ist, wodurch der Nachteil der herkömmlichen
Einrichtung beseitigt ist.
Wenn die Flüssigkeitstemperatur gleich oder höher als die
Solltemperatur ist, weist der Zeitgeber 50 der Einrichtung
in Fig. 17 eine Betriebszeit von null auf, und der
Leistungsverstärker 70 erzeugt einen Nullausgang. Beim
Anschalten der Energiequelle wird die Ausgangsspannung
des zweiten Meßaufnehmers 72 durch das zweite Differenzglied
46 mit der von der Bezugspannungsquelle 48 angelegten
Bezugsspannung verglichen. Die zweite Ansteuerschaltung
52 b führt dem Heizer 54 über die Diode 62 Energie
zu. Auf diese Weise wird, selbst nachdem die Ist-
Flüssigkeitstemperatur die Solltemperatur erreicht, wodurch
die Ausgänge des Zeitgebers 50 und des Leistungs
verstärkers 70 null gemacht werden, die Flüssigkeitstemperatur
in üblicher Weise regelt. Die Funktion der Diode 62
besteht darin, zu verhindern, daß ein Strom von der ersten
Heizeransteuerschaltung 52 in die zweite Heizeransteuer
schaltung 52 a fließt, wenn deren Ausgangsspannung niedriger
ist als die der Ansteuerschaltung 52.
In Fig. 20 ist eine achte Ausführungsform mit Merkmalen nach der
Erfindung dargestellt, welche im wesentlichen der der Fig. 17 entspricht,
und folglich sind die gleichen Blöcke mit den gleichen
Bezugszeichen bezeichnet. Die Einrichtung zur Regelung der
Temperatur in Fig. 20 weist den Strombegrenzer 56
auf, der mit dem Ausgangsanschluß der ersten Ansteuerschaltung
52 verbunden ist; bei ihr wird ein Ausgang des
ersten Differenzgliedes 44 dem Zeitgeber 50, der ersten
Ansteuerschaltung 52 und dem Strombegrenzer 56 zugeführt,
während der Leistungsverstärker 70 weggelassen ist. Wie
in den vorherigen Ausführungsformen wird der Zeitgeber 50
für eine Zeitdauer betrieben, welche durch eine Ausgangs
spannung des ersten Differenzgliedes 44 festgelegt
ist, welcher eine Differenz zwischen der Flüssigkeitstemperatur
und der Solltemperatur anzeigt. Entsprechend
dem Ausgang des Differenzgliedes 44 wird der Heizer
auch mit Energie von der ersten Ansteuerschaltung 52
versorgt. Wenn die tatsächliche Flüssigkeitstemperatur
viel niedriger als die Solltemperatur ist, muß dem
Heizer 54 ein hoher Strom über eine entsprechend lange
Zeitdauer zugeführt werden, um die Flüssigkeit auf die
Solltemperatur aufzuheizen. Dies kann dann zu einem
Durchbrennen des Heizers 54 und schlimmstenfalls zu einem
Feuer führen. Um diese Schwierigkeit zu überwinden, wird
der dem Heizer 54 zuzuführende Strom auf einen zulässigen
Bereich beschränkt, indem die Betriebsspannung des Strom
begrenzers 56 so gewählt wird, daß der Unterschied zwischen
der Ausgangsspannung des Meßaufnehmers 50 und der Bezugsspannung
etwas den zulässigen Grenzwert des Heizers 54 überschreitet.
Hierdurch ist eine sichere Betriebsweise gewährleistet,
obwohl etwas von der Aufbauzeit geopfert ist.
In Fig. 21 ist eine neunte Ausführungsform mit Merkmalen nach der
Erfindung dargestellt, welche ebenfalls der der Fig. 17 entspricht,
und folglich sind die gleichen Blöcke mit den gleichen
Bezugszeichen bezeichnet. Ein wesentliches Merkmal dieser
Ausführungsform besteht darin, daß der Spannungs-Strom-
Umsetzer 60 zwischen dem ersten Differenzglied 44
und die erste Heizer-Ansteuerschaltung 52 geschaltet
ist. Die Einrichtung zur Regelung der Temperatur der Fig. 21
wird im wesentlichen auf die gleiche Weise wie die der
17 beschrieben, und folglich wird sie nicht mehr im
einzelnen beschrieben. Der Strombegrenzer 56 kann auch
mit dem Eingangsanschluß des Heizers 54 verbunden sein.
In Fig. 22 ist eine zehnte Ausführungsform mit Merkmalen nach der
Erfindung dargestellt, welche der Ausführungsform der Fig. 21 entspricht,
weshalb die gleichen Blöcke auch mit den gleichen
Bezugszeichen bezeichnet sind. Ein charakteristisches Merkmal
dieser Ausführungsform besteht darin, daß der Ausgang
des Umsetzers 60 durch die Ausgänge des ersten Differenzgliedes
44 und des Zeitgebers 50 gesteuert wird. Auch
die Arbeitsweise dieser Einrichtung wird nicht im einzelnen
beschrieben, da sie im wesentlichen dieselbe ist wie die
der Fig. 17.
Jede der in Fig. 17 und 20 bis 22 dargestellten Einrichtungen
ist so ausgelegt, daß der Heizer mit einer Energie
für eine Zeitspanne erregt wird, welche durch eine Spannungs
differenz zwischen der Spannung von dem ersten Meßaufnehmer
40 und der Bezugsspannung von der Energiequelle
48 festgelegt sind, wenn die Energiequelle für einen
Aufbaubetrieb angeschaltet wird. Durch diese Einrichtung
ist somit verhindert, daß die Flüssigkeit der Aufbaustufe
"thermisch überschwingt". Auch ist verhindert, daß
die Flüssigkeitstemperatur über den Sollwert hinaus
schwingt bzw. ansteigt, wenn die Spannungsdifferenz zwischen
dem ersten Meßaufnehmer und der Bezugsspannungsquelle null
ist, da unter dieser Voraussetzung die angelegte Aufbau
spannung null ist, um einen üblichen Regelbetrieb zu
schaffen.
In Fig. 23 ist eine elfte Ausführungsform mit Merkmalen nach der
Erfindung dargestellt, in welcher die gleichen Blöcke wie in den vorher
gehenden Ausführungsformen mit den gleichen Bezugszeichen
bezeichnet sind. Der Hauptunterschied dieser Ausführungsform
gegenüber den vorher beschriebenen Ausführungsformen
liegt darin, daß ein Addierer 100 zwischen den beiden
Differenzgliedern 44 und 46 und den Zeitgeber 50 angeordnet
ist. Der Addierer 100 summiert die Ausgänge der Differenz
glieder 44 und 46 auf und legt die aufsummierte
Spannung an den Zeitgeber 50 an.
Während des Betriebs messen die beiden Meßaufnehmer 40
und 42 einzeln Flüssigkeitstemperaturen, und ihre Ausgangs
spannungen werden an die beiden Differenzglieder
44 bzw. 46 angelegt. Jedes Differenzglied 44 oder 60
vergleicht die Eingangsspannung mit einer Bezugsspannung,
welche an ihn von der Bezugsspannungsquelle 48 aus angelegt
worden ist. Die Ausgänge der Differenzglieder
44 und 46 werden an den Addierer 100 angelegt. Der Ausgang
des Differenzgliedes 46 wird auch an die zweite Heizer-
Ansteuerschaltung 52 a angelegt, deren Ausgang dann
über die Diode 62 dem Heizer 54 zugeführt wird, um einen
normalen Regelbetrieb zu bewirken.
Der Zeitgeber 50 in Fig. 23 wird durch einen Ausgang des
Addierers 100 gesteuert. Wenn die Ist-Flüssigkeitstemperatur
etwas niedriger ist als die Solltemperatur, ist, wenn
die Energiequelle angeschaltet wird, wie in Fig. 24a dargestellt
ist, ist die Ausgangsspannung des Addierers 100 verhältnismäßig
niedrig, wie in Fig. 24b dargestellt ist. Unter
dieser Voraussetzung hat dann der Ausgangsimpuls des Zeit
gebers 50 eine verhältnismäßig kurze Dauer, wie in Fig. 24c
dargestellt ist, so daß durch die Ansteuerschaltung 52
eine Aufbauenergie erzeugt wird, welche verhältnismäßig
klein ist, wie in Fig. 24d dargestellt ist. Wenn die Ist-
Flüssigkeitstemperatur viel niedriger ist als die Solltemperatur,
ist die Ausgangsspannung des Addierers 100, die
beim Anschalten der Energiequelle anliegt, verhältnismäßig
hoch, wie in Fig. 25b dargestellt ist. Dann erzeugt
der Zeitgeber 50 einen Impuls, dessen Dauer verhältnismäßig
lang ist, wie in Fig. 25c dargestellt ist, wodurch die erste
Ansteuerschaltung 52 den Heizer 54 mit einer verhältnismäßig
großen Aufbauenergie versorgt. Wenn ferner die Flüssig
keitstemperatur im wesentlichen gleich oder höher als
die Solltemperatur ist, ist der Ausgang des Addierers 100,
der beim Anschalten der Energiequelle anliegt, null, wie
in Fig. 26b dargestellt ist, und folglich ist der Ausgang
des Zeitgebers 50 ebenfalls null, so daß kein Ausgangsimpuls
von dem Zeitgeber 54 anliegt, wie in Fig. 26c und
26d dargestellt ist. Der Heizer 54 wird in diesem Fall dann
durch einen Ausgang der zweiten Ansteuerschaltung 52 erregt,
um einen üblichen Regelbetrieb durchzuführen.
Die in Fig. 23 dargestellte Einrichtung zur Regelung der
Temperatur ist auf die gleiche Weise betreibbar, wenn im Unterschied
zu den dargestellten zwei Meßaufnehmer nur ein einziger
Meßaufnehmer verwendet wird. Sollte jedoch der einzige
Meßaufnehmer (weit) entfernt von dem Heizer 54 angeordnet
sein, würde die Flüssigkeit "thermisch überschwingen"
wenn die Energiequelle unmittelbar nachdem sie abgeschaltet
wird, angeschaltet würde, um einen Heizzyklus
zu beenden. Folglich ist, während der erste Meßaufnehmer 40
weit entfernt von dem Heizer 54 angeordnet ist, der zweite
Meßaufnehmer 42 in der Nähe des Heizers 54 angeordnet. Die Diode
62, die zwischen den beiden Heizer-Ansteuerschaltungen
52 und 52 a angeordnet ist, dient dazu, zu verhindern, daß
ein Strom von der ersten Ansteuerschaltung 52 in die
zweite Ansteuerschaltung 52 a fließt, wenn die Ausgangs
spannung der ersteren (52) hoch und die der letzteren (52 a)
niedrig ist.
In Fig. 27 ist eine zwölfte Ausführungsform mit Merkmalen nach der
Erfindung dargestellt, welche der Ausführungsform der Fig. 23 entspricht,
so daß die gleichen Elemente mit den gleichen Bezugszeichen
bezeichnet sind. In dieser Ausführungsform ist
der Strombegrenzer 56 zwischen die beiden
Heizer-Ansteuerschaltungen 52 und 52 a geschaltet. Wie
der Beschreibung der vorstehenden Ausführungsform zu entnehmen
ist, hat der Strombegrenzer 56 die Aufgabe, den
Heizer 54 vor einer Beschädigung zu schützen, wenn der
Unterschied zwischen der Ist-Flüssigkeits- und der Solltemperatur
so hoch ist, daß die beiden Ansteuerschaltungen 52
und 52 a übermäßig hohe Ausgänge erzeugen, um die Heizer
leistung über den vorgesehenen Wert hinaus erhöht.
Wie oben ausgeführt, sind die Fig. 23 und 27 dargestellten
Ausführungsformen im allgemeinen dadurch gekennzeichnet,
daß der Zeitgeber durch einen aufsummierten Ausgang
des Addierers betrieben wird, welcher die Spannungs
unterschiede zwischen den beiden Meßaufnehmern und der
Bezugsspannungsquelle aufsummiert. Durch ein entsprechendes
Festsetzen der Anheizzeit unter Zugrundelegung einer
Flüssigkeitstemperatur wird bei einer solchen Anordnung
an Zeit eingespart, die für einen Aufbauvorgang erforderlich
ist, und dadurch wird auch Energie eingespart.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß ein Fehler
ausgeschlossen werden kann, wenn unterschiedliche Flüssig
keitstemperaturen durch die beiden Meßaufnehmer einzeln gemessen
werden.
Nunmehr wird anhand von Fig. 28 eine dreizehnte Ausführungsform
mit Merkmalen nach der Erfindung beschrieben. In Fig. 28 sind die
gleichen Blöcke wie die, welche in Fig. 23 und 27 dargestellt
sind, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Die Meßaufnehmer 40 und 42, welche einzeln Ist-
Flüssigkeitstemperaturen fühlen, geben ihre Ausgangsspannungen
an die ihnen zugeordneten Differenzglieder 44 und 46
ab, durch die sie mit einer Bezugsspannung verglichen werden,
welche von der Bezugsspannungsquelle 46 aus angelegt
wird. Die Ausgänge der Differenzquelle 44 und 46 werden
an den Addierer 100 angekoppelt, dessen Ausgang wiederum
an die erste Ansteuerschaltung 52 angekoppelt wird. Der
Ausgang des Differenzgliedes 46 wird auch an die zweite
Ansteuerschaltung 52 a angekoppelt, deren Ausgang für einen
normalen Regelbetrieb über die Diode 62, dem Heizer
54 zugeführt wird.
Der Ausgang des Addierers 100 in Fig. 28 wird zum Steuern
des Ausgangs der ersten Ansteuerschaltung 52 verwendet.
Wenn die Ist-Flüssigkeitstemperatur etwas niedriger als die
Solltemperatur ist, erzeugt der Addierer 100 eine verhältnis
mäßig niedrige Ausgangsspannung, wie in Fig. 29b
dargestellte ist, wenn die Energiequelle angeschaltet wird,
wie in Fig. 29a dargestellt ist. Die erste Ansteuerschaltung
52 erzeugt einen verhältnismäßig niedrigen Ausgang,
wie in Fig. 29d dargestellt ist, während der Zeitgeber 50
für eine vorgegebene Zeitspanne betätigt wird, wie in Fig. 29c
dargestellt ist, so daß für den Aufbauvorgang verhältnismäßig
wenig Energie benötigt wird. Wenn die Ist-Temperatur
viel niedriger als die Soll-Temperatur ist,
erzeugt der Addierer 100 eine verhältnismäßig hohe
Ausgangsspannung, wie in Fig. 30b dargestellt ist, wenn die
Energiequelle angeschaltet wird, wie in Fig. 30a dargestellt
ist. Unter dieser Voraussetzung ist dann der Ausgang
der Ansteuerschaltung 52 während einer vorgegebenen
Betriebszeit des Zeitgebers 50 verhältnismäßig groß, wie in
Fig. 30d dargestellt ist, um dem Heizer eine verhältnismäßig
hohe Energie zuzuführen. Wenn die Flüssigkeitstemperatur
im wesentlichen dieselbe oder höher ist als die
Solltemperatur, ist der Ausgang des Addierers 100, der
beim Anschalten der Energiequelle anliegt, null, und somit
ist der Ausgang der ersten Ansteuerschaltung 52, der beim
Aufbau der Energiezufuhr an den Heizer 54 erhalten bleibt,
null.
Eine vierzehnte Ausführungsform mit Merkmalen nach der Erfindung ist in
Fig. 31 dargestellt, in welcher die gleichen Blöcke wie in Fig. 28
mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. Die Einrichtung
in Fig. 31 hat einen Strombegrenzer 56, der
mit dem Eingangsanschluß des Heizers 54 verbunden ist. Bei
dieser Anordnung ist verhindert, daß ein übermäßiger Strom
durch den Heizer 54 fließt, um ein Feuer oder einen Schaden
an dem Heizer 54 zu vermeiden, wenn es einen Kurzschluß
in der Heizer-Ansteuerschaltung 52 und/oder 52 a
kommt.
Eine fünfzehnte Ausführungsform mit Merkmalen nach der Erfindung ist in
Fig. 32 dargestellt, in welcher die gleichen Blöcke wie in Fig. 28
mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. Der
Aufbau und die Arbeitsweise dieser Ausführungsform sind
im wesentlichen dieselben wie bei der Ausführungsform der
Fig. 28, außer daß die erste Ansteuerschaltung 52 durch
den Spannungs-Strom-Umsetzer 60 ersetzt und die Arbeitsweise
dadurch ein wenig abgewandelt ist. Der in der Ausführungsform
der Fig. 31 verwendete Strombegrenzer 56 kann auch
bei der Schaltung der Fig. 32 vorgesehen werden.
In Fig. 33 ist eine sechzehnte Ausführungsform mit Merkmalen nach der
Erfindung dargestellt, wobei die Elemente, die in den vorherigen
Ausführungsformen verwendet sind, auch mit den gleichen
Bezugszeichen bezeichnet sind. Im Unterschied zu den vorherigen
Ausführungsformen ist bei der Ausführungsform in
Fig. 33 der Leistungsverstärker 70 zwischen dem Addierer
100 und der ersten Heizer-Ansteuerschaltung 52 angeordnet.
Die Ausgänge der Meßaufnehmer 40 und 42, welche
die Flüssigkeitstemperaturen anzeigen, sind mit den ihnen
zugeordneten Differenzgliedern 44 und 46 verbunden, wodurch
sie mit einer von der Bezugsspannungsquelle 48 angelegten
Bezugsspannung verglichen werden. Die Spannungsunterschiede
werden von den beiden Differenzgliedern 44 und
46 an den Addierer 100 angelegt. Der aufsummierte Ausgang
des Addierers 100 wird dem Leistungsverstärker 70 zugeführt,
so daß eine dem Addiererausgang entsprechende Energie
an die erste Ansteuerschaltung 52 angekoppelt wird.
Der Ausgang des Addierers 100 wird auch dem Zeitgeber 50
zugeführt, dessen Ausgang eine Dauer hat, die dem Addierer
ausgang entspricht. Für die Betriebszeit des Zeitgebers 50
wird dann die Ausgangsenergie des Leistungsverstärkers 50
über die erste Ansteuerschaltung 52 dem Heizer 54 zugeführt.
Die Ausgangsspannung des zweiten Differenzgliedes
46 wird an die zweite Ansteuerschaltung 52 a
angekoppelt, deren Ausgang über die Diode 62 für einen
üblichen Regelbetrieb dem Heizer 54 zugeführt wird.
Der Ausgang des Addierers 100 in Fig. 33 wird dazu
verwendet, die Ausgangsenergie des Leistungsverstärkers 70
und die Betriebszeit des Zeitgebers 50 zu steuern. Wenn die
Ist-Temperatur etwas niedriger als die Soll-Temperatur
ist, erzeugt der Addierer 100 eine verhältnismäßig
niedrige Ausgangsspannung, wie aus Fig. 34b zu ersehen
ist, wenn die Energiequelle angeschaltet ist, wie aus
Fig. 34a zu ersehen ist. Der Ausgangsimpuls des Zeit
gebers 50 hat dann eine verhältnismäßig kurze Dauer, wie in
Fig. 34c dargestellt ist, während der Leistungsverstärker
70 eine verhältnismäßig geringe Leistung erzeugt, so daß
dem Heizer 54 verhältnismäßig wenig Energie zugeführt
wird, wie in Fig. 34e dargestellt ist. Wenn die Flüssig
keitstemperatur viel niedriger als die Solltemperatur
ist, erzeugt der Addierer beim Anschalten der Energiequelle,
was in Fig. 35a dargestellt ist, eine verhältnismäßig
hohe Spannung, wie in Fig. 35b dargestellt ist.
Unter dieser Voraussetzung hat dann der Ausgangsimpuls
des Zeitgebers 50 eine verhältnismäßig lange Dauer, wie
in Fig. 35c dargestellt ist, während der Leistungsverstärker
70 eine verhältnismäßig große Leistung erzeugt, wie
in Fig. 35d dargestellt ist, so daß dem Heizer 54 während
des Aufbaubetriebs eine hohe Energie zugeführt wird, wie
in Fig. 35e dargestellt ist. Wenn jedoch die Flüssigkeits
temperatur gleich oder höher ist als die Solltemperatur,
ist der Ausgang des Addierers 100, der beim Anschalten der
Energiequelle anliegt, null, wodurch die für die Aufbauphase
notwendige Energie auf null gehalten wird.
In Fig. 36 ist eine siebzehnte Ausführungsform mit Merkmalen nach der
Erfindung dargestellt, in welcher die gleichen Blöcke wie in
Fig. 23 mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind.
In dieser Ausführungsform wird der Ausgang des Leistungs
verstärkers 70 durch den Ausgang des Zeitgebers 50
gesteuert. Der Strombegrenzer 56, welcher den der Fig. 23
entspricht, ist mit dem Eingangsanschluß des Heizers 54
verbunden, um einen in den Heizer 54 fließenden Strom zu
begrenzen, wenn die Ausgangsspannung des Addierers 100 einen
vorbestimmten Pegel überschreitet.
In Fig. 37 ist eine achtzehnte Ausführungsform mit Merkmalen nach der
Erfindung dargestellt, in welcher die gleichen Blöcke wie in
Fig. 33 auch mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet
sind. Die Ausführungsform der Fig. 37 unterscheidet sich
von der der Fig. 33 dadurch, daß der Leistungsverstärker
70 durch den Spannungs-Strom-Umsetzer 60 ersetzt ist.
Folglich wird der Ausgang des Addierers 100 durch den
Umsetzer 60 in einen entsprechenden Strom umgesetzt. Die
Arbeitsweise dieser Ausführungsform ist folglich genau
dieselbe wie die der Einrichtung in Fig. 33 und braucht
daher nicht weiter beschrieben zu werden. Der Strombegrenzer
56, der in der Ausführungsform der Fig. 36 verwendet
ist, kann auch mit dem Ausgangsanschluß des Umsetzers
60 der in Fig. 37 dargestellten Ausführungsform
verbunden werden.
Schließlich sind in Fig. 38a und 38b, 39 und 40a bis 40e
einige Beispiele der Meßaufnehmer und von Zeitgebern
beschrieben. In Fig. 38a und 38b weisen die Meßaufnehmer
40 und 42 wärmeempfindliche Elemente 80 auf, deren
Widerstand sich mit der Umgebungstemperatur ändert, z. B.
Thermistoren oder temperaturempfindliche Widerstände. Das
wärmeempfindliche Element 80 in Fig. 38a ist in Reihe mit
einem Widerstand 82 geschaltet. Wenn die Eingangsspannung
V ist, der Widerstandswert des Widerstandes 82 R₁ und der
Widerstandswert des wärmeempfindlichen Elements 80 R₂ ist,
läßt sich die Spannung V₀, die an der Verbindung zwischen
dem wärmeempfindlichen Element 80 und dem Widerstand 82
anliegt, ausdrücken durch:
Aus dieser Gleichung ist zu ersehen, daß sich die Spannung
V₀ an dem Verbindungspunkt ändert, wenn der Widerstandswert
des wärmeempfindlichen Elements 80 entsprechend der
Temperatur geändert wird, d. h. eine Temperaturänderung
kann als eine Spannungsänderung abgenommen werden. In Fig. 38b
ist das wärmeempfindliche Element 80 mit dem invertierenden
Eingang eines Operationsverstärkers 84 verbunden,
dessen nichtinvertierender Eingang geerdet ist. Ein
Widerstand 86 ist zwischen den invertierenden und den nicht
invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 84 geschaltet.
Wenn die Eingangsspannung W auf einem konstanten
Pegel gehalten ist, ändert sich der Stromeingang an dem
Operationsverstärker 84 entsprechend einer Widerstands
änderung in dem wärmeempfindlichen Element 80. Dieser
Strom wird in eine Spannung V₀ umgesetzt, welche sich
ausdrücken läßt durch:
wobei R₃ der Widerstandswert des Widerstands 86 ist. Bei
einer Beziehung von R₁ < R₃ wird dann nach einer Verstärkung
die Spannung V₀ zugeführt.
In Fig. 39 und 40a bis 40e weist der Zeitgeber 50 eine
Schaltung auf, mit welcher ein Impuls erzeugt wird, dessen
Dauer proportional einer Eingangsspannung ist. Wie in Fig. 39
dargestellt, ist der Zeitgeber 50 aus einer Abfragehalte
schaltung 90, einem Vergleicher 92, einem Differenzierer
94 und einem Flip-Flop 96 gebildet. Wenn dem Zeitgeber 50
Energie zugeführt wird, wie in Fig. 40a dargestellt ist,
erzeugen die Halteschaltungen 90, der Vergleicher 92 und
der Differenzierer 94 nacheinander Ausgänge, wie in Fig. 40b
bis 40d dargestellt ist. Das Flip-Flop 96 erzeugt
dann einen Ausgangsimpuls, dessen Dauer der Eingangsspannung
entspricht. Die Haltecharakteristik der Halteschaltung
90 wird dadurch auf einem gewünschten Wert gesteuert.
Claims (11)
1. Einrichtung zur Regelung der Temperatur einer Flüssigkeit
auf einen Soll-Wert
- a) mit einer Heizeinrichtung für die Erwärmung der Flüssigkeit,
- b) mit einem ersten Meßaufnehmer für den Ist-Wert der Temperatur der Flüssigkeit,
- c) mit einem ersten Differenzglied für die Ermittlung der Differenz zwischen dem ersten Ist-Wert und einem Sollwert,
- d) mit einem zweiten Meßaufnehmer für den Ist-Wert der Heizeinrichtung,
- e) mit einem zweiten Differenzglied für die Ermittlung der Differenz zwischen dem Ist-Wert der Temperatur der Heiz einrichtung und einem Sollwert, und
- f) mit einem Stellglied für die Steuerung der Heiz einrichtung in Abhängigkeit von den beiden Differenzen,
dadurch gekennzeichnet, daß
- g) zwischen dem ersten Differenzglied (44) und einem Steuer
eingang des Stellgliedes (52) ein Zeitgeber (60) in Form
eines Spannungs/Impulswandlers angeordnet ist,
- g1) der bei Eingang eines hohen Spannungssignals einen langen Impuls erzeugt,
- g2) bei Eingang eines niedrigen Spannungssignals einen kurzen Impuls erzeugt, und
- g3) bei Eingang eines Spannungssignals von Null kleinere Impulse erzeugt, und
- h) das zweite Differenzglied (46) das Stellglied (52) über einen zweiten Steuereingang direkt ansteuert.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Heizer-Ansteuerschaltung einen
Spannungs-Strom-Umsetzer (60) zum Erzeugen eines Stroms
aufweist, der dem Spannungsausgang des Differenzgliedes
proportional ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Heizer-Ansteuerschaltung ferner
einen Strombegrenzer (56) aufweist, der zwischen den Heizer
und die Heizer-Ansteuerschaltung (52) geschaltet ist.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Heizer-Ansteuerschaltung eine
Reihenschaltung aus einem Strombegrenzer (56) und einer
einen Gegenstromfluß verhindernden Einrichtung (62) aufweist,
wobei die Reihenschaltung zwischen das zweite Differenz
glied (46) und den Heizer (54) geschaltet ist.
5. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Heizer-Ansteuerschaltung eine
erste Reihenschaltung aus einem Leistungsverstärker (70)
und einem ersten Strombegrenzer (56) und eine zweite Reihen
schaltung aus einem zweiten Strombegrenzer (56 a) und
einer einen Gegenstromfluß verhindernden Einrichtung (62)
aufweist, wobei die erste Reihenschaltung zwischen das erste
Differenzglied (44) und den Heizer (54) und die zweite
Reihenschaltung zwischen das zweite Differenzglied (46)
und den Heizer (54) geschaltet ist.
6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die zweite Reihenschaltung aus
einem zweiten Leistungsverstärker (70 a) und einer zweiten,
einen Gegenstromfluß verhindernden Einrichtung (74) besteht.
7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1, 4 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß ein Addierer
(100) zwischen das erste Differenzglied (44) und den
Zeitgeber (50) geschaltet ist, zum Aufsummieren der beiden
Differenzausgänge.
8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß der Addierer (100) zwischen das
erste Differenzglied (44) und die Heizer-Ansteuerschaltung
(52, 52 a, 62) geschaltet ist.
9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß die erste Reihenschaltung
zwischen den Addierer (100) und den Heizer (54) und
die zweite Reihenschaltung zwischen das erste Differenz
glied (46) und den Strombegrenzer (56) geschaltet ist.
10. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der Spannungsstrom-Umsetzer (60)
zwischen den Addierer (100) und den Heizer (54)
geschaltet ist.
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