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Temperaturregeleinrichtung
Die Erfindung betrifft Temperaturregeleinrichtungen für die Verwendung mit Heiz-und/oder Kühl- vorrichtungen, z. B. solchen Vorrichtungen auf Eisenbahnen oder andern Fahrzeugen und Flugzeugen oder mit Mittel für die Prüfung von Teilen solcher Vorrichtungen. Ein Ziel der Erfindung besteht darin, einen
Temperaturregler zu schaffen, der aus einer geringen Anzahl von schnell verfügbaren Bestandteilen besteht und dennoch geeignet ist, bei Temperaturen innerhalb eines weiten Bereiches eine genaue Regelung aus- zuüben.
Erfindungsgemäss ist die Temperaturregeleinrichtung dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatur- fühler eine temperaturempfindliche Diode ist, deren Sperrwiderstand mit steigender Temperatur von einem hohen Wert abfällt, und dass diese Diode in den Zweig einer über einen Halbwellengleichrichter mit Wechselstrom gespeisten Brückenschaltung geschaltet ist, deren übrige Zweige durch Widerstände gebildet sind und deren Ausgang zur Steuerungsübertragung durch ein Thyratron oder eine Halbleitervorrichtung verwendet ist, das bzw. die entweder über ein Relais oder unmittelbar in Abhängigkeit von der gewünschten Temperatur die Ein-und Ausschaltung des Speisestromes für die zu regelnden Heiz-und/oder Kühlmittel steuert.
Vorzugsweise ist die erfindungsgemässe Einrichtung mit einem Glühkathodenthyratron oder einem gesteuerten Siliciumgleichrichter versehen.
Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel dargestellt ist, näher-erläutert.
Die Fig. l zeigt ein Schaltbild. In den Fig. 2 - 5 sind Stromdiagramme dargestellt, welche die Wirkungsweise des Reglers erläutern.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Schaltung besteht der Temperaturfühler aus einer Diode 1, die bei Temperaturen oberhalb des Bereiches in dem die Temperatur zu regeln ist einen hohen Sperrwiderstand aufweist, z. B. einer Germanium-Diode mit einem grossen Übergangsbereich. Eine geeignete Diode für einen Nennstrom von 10A wird von der Firma J. Stone & Company (Deptford) Limited unter der Typenbezeichnung Nr. G 10 hergestellt. Die Diode 1 ist so angeordnet, dass sie dem Einfluss der zu steuernden Temperatur ausgesetzt ist. Sie bildet einen Zweig eines Brückennetzwerkes 2, dessen andere Zweige durch Widerstände gebildet sind. Vorzugsweise sind zwei dieser Zweige durch die beiden Teile eines verstellbaren Potentiometers 3, von z. B. 100 Ohm, und der dritte Zweig durch einen fixen Widerstand 4, von z. B. 7000 Ohm gebildet.
Das Brückennetzwerk ist mittels eines Halbwellengleichrichters 5 parallel an eine Wechselstromquelle geschaltet, z. B. eine Speisung mit 20 V, die im Punkt 6 von einem Transformator 7 abgenommen wird, dessen Netzanschluss mit 8 bezeichnet ist. Infolgedessen stellen in jeder Stromflussperiode im Brückennetzwerk 2 einseitig gerichtete Impulse, eine Halbwelle dar. Der vom Abgreifpunkt 9 des Potentiometers 3 und der Verbindungsstelle 10 zwischen der Diode 1 und dem andern Widerstand 4 abgenommene Ausgang istzwischendasSteuergitter 11 und die Kathode 12 einesGlühkathodenthyratrons 13 mit Gasfüllung gelegt. Hiezu ist z. B. ein Mullard Thyratron der Type EN 91 geeignet. Der Abgriff 9 ist mit dem Gitter 11 mittels eines hochohmigen Widerstandes 14, von z. B. 1 Megohm, verbunden.
Alternativ zum oben beschriebenen Brückennetzwerk kann der Widerstand 4 variabel ausgeführt und der Punkt 9 am Mittelpunkt des Widerstandes 3 fixiert sein. Auf diese Art kann eine verbesserte Wirkungsweise erreicht werden, da das Netzwerk symmetrischer und der Verstellbereich grösser ist. Der Gleichrichter 5 ist für einen befriedigenden Betrieb des Kreises nicht wesentlich.
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Der Kreis der Anode 15 des Thyratrons 13 enthält die Wicklung 16 eines Relais, dessen Kontakte 17, die bei Erregung des Relais geschlossen werden, in den Temperatursteuerbereichen die Speisung der elektri- schen Heizung 18 steuern. Die Anode 16 ist gegenphasig zum Brückennetzwerk 2 gespeist, beispielsweise und wie zu sehen vom vorerwähnten Transformator 7. Zur Relaiswicklung 16 ist ein Halbwellengleichrich- ter 19 parallelgeschaltet, der einen gleichmässigen Stromfluss durch die Wicklung sicherstellt und eine prellende Öffnung der Kontakte 1-7 bei der eingespeisten Frequenz verhindert.
Die Wirkungsweise der Einrichtung ist wie folgt :
Angenommen, die tatsächliche Temperatur liegt unterhalb des vorherbestimmten Niveaus, in wel- chem sie zu regeln ist, dann ist der Sperrwiderstand der Diode 1 hoch. Das Gitter 11 des Thyratrons 13 wird positiv und das Thyratron zündet, wodurch der Anodenkreis für das Relais ausreichend mit Stromversorgt wird, um die Kontakte 17 geschlossen zu halten und die Heizkörper 18 mit Energie zu versorgen. Mit dem
Ansteigen der Temperatur infolge der Wirkung der Heizkörper fällt der Sperrwiderstand der Diode 1 und die positive Gitterspannung. Dadurch zündet das Thyratron in jeder Periode später. Dies ist in den Fig. 2 - 5 dargestellt, wobei der Anodenstrom i in Abhängigkeit von der Zeit oder dem Winkel t für Halbperioden unter verschiedenen Bedingungen aufgetragen ist.
In den Fig. 2 - 4 unter Bedingungen, bei welchen die tatsächliche Temperatur 3, 0, 5 bzw. O, 20C unter dem vorherbestimmten Wert liegt, zündet das Thyratron bei t = a, a bzw. a. Unter allen diesen Bedingungen fliesst ein ausreichender, durch die schraffierten Flächen (Fig. 2 - 4) angedeuteter Anodenhauptstrom, uni die Relaiswicklung 16 erregt und ihre. Kontakte 17 geschlossen zu halten. Eine Grenze ist erreicht, wenn das Thyratron 13 nicht zündet bevor die angelegte Spannung den maximalen Wert erreicht hat, das ist vor einer Viertel-Periode. In diesem Punkt hört der Stromfluss im Anodenkreis auf (Fig. 5) und die Relaiskontakte 17 werden mit einer plötzlichen kurzen Abschalt- oder Schnappbewegung geöffnet, so dass die Heizkörper 18 abgeschaltet werden.
Wenn die Temperatur unter den vorbestimmten Wert fällt, tritt der umgekehrte Vorgang ein. Demzufolge ist es nicht nötig, dass das Relais selbst ein genau bestimmtes Betriebsdifferential hat. Die Wicklung 16 des Relais muss jedoch imstande sein, dauernd einen Strom zu führen, der doppelt so gross ist wie jener bei dem das Relais schliesst. Da der Kreis sehr empfindlich ist, wenn der Zündpunkt des Thyratrons nahe der Viertel-Periode liegt, kann eine sehr genaue Temperaturregelung z. B. in der Grössenordnung von 0, 20C erreicht werden. Das Niveau bei dem die Temperatur regelbar ist, kann durch geeignete Wahl oder Einstellung der Komponenten des Brückennetzwerkes 2 innerhalb eines Bereiches von etwa -20 bis + 850C gelegt werden.
Bei Verwendung einer hoch "gedopten" Diode 1 im Netzwerk kann die untere Grenze dieses Bereiches noch weiter reduziert werden.
Bei Verwendung eines gesteuerten Siliciumgleichrichters an Stelle des Thyratrons 13 ist es in einigen Fällen möglich, den Gleichrichter zur direkten Steuerung des Speisestromes für die Heizkörper 18 anzuordnen, so dass auf das Relais 16, 17 verzichtet werden kann und besonders wenige Bestandteile nötig sind.
In diesem Fall wird der Heizstrom gross werden, wenn die tatsächliche, Temperatur mehrere Grade unter dem zu regelnden Niveau liegt, und wird progressiv abnehmen, wenn sich die Temperatur diesem Niveau nähert, während der Momentschaltvorgang der"Aus-Ein"-Regelung noch auftritt, wenn die Temperatur auf oder im wesentlichen auf jenem Niveau liegt. Hiezu wird zum besseren Verständnis auf die Fig. 2-5 hingewiesen, wobei in diesem Fall der Strom i den Heizstrom repräsentiert. Der Strom der tatsächlich zur Speisung der Heizung verwendet wird, wird unter den verschiedenen genannten Bedingungen durch die schraffierten Flächen angedeutet.
Insbesondere kann die zuletzt beschriebene Anordnung in Übereinstimmung mit der Erfindung besser zur Temperaturregelung mittels Kühlung als mittels Heizung verwendet werden. Der geregelte Strom würde dann statt in die Heizkörper in die Kühlvorrichtung eingespeist.
Vorzugsweise kann ausserdem die Einrichtung mit der zuletzt beschriebenen Anordnung zur proportionalen Regelung der Temperatur verwendet werden, mit der Einschränkung, dass die Verzögerung des gesteuerten Ausgangsstromes nicht grösser sein kann wie eine Viertel-Periode.
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