Elektronische temperaturfühlergesteuerte Fernschalteinrichtung Die Erfindung betrifft eine elektronische tempera- turfühlergesteuerte Fernschalteinrichtung, mit einer ein temperaturabhängiges Schaltungselement enthaltenden elektrischen Brücke, einem elektrischen Verstärker und einer Speisespannungsquelle zur von Einflüssen der Umgebungstemperatur der Einrichtung sowie von sol chen von Speisespannungsschwankungn praktisch unabhängigen Auslösung von Schaltvorgängen bei einer vorbestimmten Temperatur.
Bei temperaturfühlergesteuerten Fernschalteinrich- tungen mit elektronischen Bauelementen steuert man im allgemeinen einen Eingangstransistor mit Hilfe eines temperaturabhängigen Widerstandes. Der Aus gangsstrom des Transistors wird dann weiter verstärkt, um den gewünschten Schaltvorgang auslösen zu kön nen. Es sind weiterhin elektrische Brückenanordnun gen bekannt, bei denen die Auslösung des gewünschten Schaltvorgangs bei Erreichen des Brückengleichgewich tes oder eines bestimmten Brückenstromes bzw. einer Brückenspannung erfolgt.
Bei der Benutzung von Transistoren als Verstärker hängt die Schaltgenauigkeit weitgehend von äusseren Einflüssen auf diese Transistoren ab, wie insbesondere von Temperaturschwankungen in ihrer Umgebung sowie von Spannungsschwankungen der Speisestrom quelle. Um zu erreichen, dass die Einrichtung unab hängig von solchen Einflüssen zuverlässig schaltet, muss man im allgemeinen erheblichen Schaltungsauf wand treiben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Einfluss der Umgebungstemperatur auf die Arbeits weise der Transistoren sowie die Auswirkung von Schwankungen der Speisespannung weitgehend auszu- schliessen, so dass der gewünschte Schaltvorgang be wirkt wird, sobald der Temperaturfühler die ge wünschte Temperatur aufweist.
Die Einflüsse der Umgebungstemperatur des Steu ergerätes sowie solche von Schwankungen der Speise- cpannung werden durch eine elektrische Brückenan ordnung mit einem nachfolgenden übersteuerten Ver- stärker praktisch beseitigt;
dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass die Brücke zwei Transistoren mit praktisch gleichen Betriebseigenschaften aber von entgegengesetztem Leitungstyp enthält, die von der Teilspannung je eines Spannungsteilers gesteuert wer den, der an die Speisespannungsquelle angeschaltet ist, wobei einer der Spannungsteiler aus einem ohmschen und einem temperaturabhängigen Widerstand als Tem peraturfühler besteht und die Spannungsteilerwider- stände so bemessen sind, dass die Brücke bei einer wählbaren vorbestimmten Temperatur im Gleichge wicht ist, welcher Betriebszustand von der die beiden Transistoren gleichermassen beeinflussenden Umge bungstemperatur unabhängig ist, ferner dadurch ge kennzeichnet,
dass der elektrische Verstärker, der zur Verstärkung des Fernschaltsignals dient, so eingestellt ist, dass er bei einer seine Eingangsspannung bildenden Brückenspannung übersteuert ist, wenn diese durch eine von der vorbestimmten Temperatur um weniger als 0,5 C abweichenden Temperatur hervorgerufen wird, so dass Einflüsse von Schwankungen der Speise spannung auf die Höhe des verstärkten fühlertempera- turabhängigen Fernschaltsignals vermieden sind.
Im folgenden wird anhand der beiliegenden Zeich nung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher be schrieben. Es stellen dar Fig. 1 die Prinzipschaltung einer temperaturfühler- gesteuerten Fernschalteinrichtung, und Fig.2 einen Ausschnitt aus den Kennlinienfeldern der benutzten Transistoren.
Fig. 1 zeigt, dass die elektrische Brücke aus den ohm'schen Widerständen 10 und 20 sowie den beiden komplementären Transistoren 30 und 40 gebildet sind. Die Brücke wird von der Spannungsquelle 50 gespeist; die Ausgangsspannung der Brücke gelangt auf die Ein gangsklemmen 61 eines empfindlichen Verstärkers 60. Die Ausgangsklemmen 62 stellen die Schaltleitung dar.
Die Wirkungsweise der Brücke kann wie folgt be schrieben werden: Die Basis-Emitterstrecke des Transi stors 40 wird durch den aus den ohm'schen Widerstän- den 41 und 42 bestehenden und an den Batterieklem men 50 liegenden Spannungsteller mit einer konstanten Spannung beaufschlagt, so dass bei einer gegebenen Umgebungstemperatur des Transistors und einer gege benen Speisespannung der Stromquelle 50 ein durch die Transistorkennlinie bestimmter konstanter Strom fliesst. Diese Kennlinie ist in Fig.2 dargestellt,
und zwar stellt die Kurve U@F=K die Charakteristik des Transistors 40 mit dem durch den Buchstaben O ge kennzeichneten Arbeitspunkt Basis-Emitterspannung UBF=U, und Kollektorstrom Ic=I, dar. Es ist ferner angenommen, dass die Brücke im Gleichgewicht ist, so dass der gleiche Arbeitspunkt auch für den anderen Transistor gilt, abgesehen vom Vorzeichen.
Beide Transistoren weisen unter der Voraussetzung, dass die Brückenwiderstände 10 und 20 gleich sind, die bis auf das Vorzeichen gleichen Emitter-Kollektorspannungen auf. Der Transistor 30 liegt dagegen am Spannungstei- ler, der aus einem Ohm'schen Widerstand 31 und einem temperaturabhängigen Widerstand 32 besteht. Der Ausgangswiderstand des Transistors 30 ist dem nach mit der Temperatursteuerung veränderlich.
In Fig.2 stellt die Spannung UBF=U,1 die Ordinate dar, auf der der Arbeitspunkt des Transistors 30 liegt, unter der Voraussetzung, dass die Spannung U,.1 nur wenig höher ist als U, Da wegen der Serienschaltung beider Transistoren der durch beide fliessende Strom gleich ist, müssen die Arbeitspunkte beider Transistoren auf einer Horizontalen der Fig. 2 liegen, und zwar wird der Strom nunmehr etwas höher sein als vorher (I.), wo die Arbeitspunkte beider Transistoren identisch waren.
Die Arbeitspunkte der Transistoren verlagern sich daher auf den Punkt A für den Transistor 40 mit der Steuerspannung U, und auf den Punkt B für den Transistor 30 mit der Steuerspannung U,,. Die Hälfte der beiden Punkten entsprechenden Differenz der Emitter-Kollektorspannungen UCF = K+ 0 und UcF = K-A stellt die Steuerspannung für den Verstärker 60 dar.
Eine gleichsinnige Temperaturänderung beider Transistoren wirkt wie eine horizontale Parallelver schiebung der Steuerspannungsordinaten U,. und U,.1 in Fig. 2, wodurch sich an der Arbeitsweise der Brücke nichts ändert, solange die Änderungen so klein sind, dass man die Kennlinien als Gerade ansehen kann. Da der Verstärker 60 als empfindlich vorausgesetzt ist, genügen bereits kleine Abweichungen vom Brücken gleichgewicht, d. h. kleine Änderungen der Steuerspan nung Ufi, in Fig. 2 zum Auslösen des Schaltvorganges.
Da die Brückenspannung proportional der Speisespan nung ist, wirken sich deren Schwankungen an sich auf den Schaltpunkt aus. Bei der vorgesehenen hohen Ver stärkung des Verstärkers 60 ist die Differenz der bei den Transistorsteuerspannungen klein, so dass man im Kennlinienfeld mit geradlinigen Charakteristiken rech nen kann, wodurch die Arbeitspunkte in Fig. 2 in der Senkrechten verschoben werden, wenn sich die Speise spannung ändert.
Die Brückenspannung selbst ändert sich proportional der Speisespannungsänderung, was bei der Steilheit der Anordnung nur unwesentlichen Einfluss hat.
Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Einrichtung schon vor dem Erreichen eines Tempera turwertes, der vermieden werden soll, zur Funktion gebracht wird, wobei dieser Betriebszustand infolge der reproduzierbaren Genauigkeit sehr dicht an diesen un- erwünschten Temperaturwert gebracht werden kann.
Electronic temperature-sensor-controlled remote switching device The invention relates to an electronic temperature-sensor-controlled remote switching device, with an electrical bridge containing a temperature-dependent circuit element, an electrical amplifier and a supply voltage source for triggering switching processes at a predetermined temperature, which is practically independent of influences from the ambient temperature of the device and of such supply voltage fluctuations .
In the case of temperature sensor-controlled remote switching devices with electronic components, an input transistor is generally controlled with the aid of a temperature-dependent resistor. The output current of the transistor is then further amplified in order to be able to trigger the desired switching process. There are also known electrical bridge arrangements in which the desired switching process is triggered when the bridge equilibrium or a certain bridge current or a bridge voltage is reached.
When transistors are used as amplifiers, the switching accuracy depends largely on external influences on these transistors, such as temperature fluctuations in their surroundings and voltage fluctuations in the supply current source. In order to ensure that the device switches reliably regardless of such influences, one generally has to drive a considerable amount of circuitry.
The invention is based on the object of largely eliminating the influence of the ambient temperature on the operation of the transistors and the effect of fluctuations in the supply voltage, so that the desired switching process is effected as soon as the temperature sensor has the desired temperature.
The influences of the ambient temperature of the control device as well as fluctuations in the supply voltage are practically eliminated by an electrical bridge arrangement with a subsequent overdriven amplifier;
According to the invention, this is achieved in that the bridge contains two transistors with practically the same operating properties but of opposite conductivity types, which are controlled by the partial voltage of a voltage divider that is connected to the supply voltage source, one of the voltage dividers consisting of an ohmic and a temperature-dependent resistor exists as a temperature sensor and the voltage divider resistors are dimensioned in such a way that the bridge is in equilibrium at a selectable, predetermined temperature, which operating state is independent of the ambient temperature which equally influences the two transistors, further characterized by:
that the electrical amplifier, which is used to amplify the remote switching signal, is set so that it is overdriven at a bridge voltage forming its input voltage, if this is caused by a temperature deviating from the predetermined temperature by less than 0.5 C, so that influences of fluctuations in the supply voltage to the level of the amplified sensor temperature-dependent remote switching signal are avoided.
In the following an embodiment of the invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawing voltage. FIG. 1 shows the basic circuit of a temperature sensor-controlled remote switching device, and FIG. 2 shows a section from the fields of characteristics of the transistors used.
1 shows that the electrical bridge is formed from the ohmic resistors 10 and 20 and the two complementary transistors 30 and 40. The bridge is fed by the voltage source 50; The output voltage of the bridge goes to the input terminals 61 of a sensitive amplifier 60. The output terminals 62 represent the switching line.
The operation of the bridge can be described as follows: The base-emitter path of the transistor 40 is subjected to a constant voltage by the voltage regulator consisting of the ohmic resistors 41 and 42 and connected to the battery terminals 50, so that at a given ambient temperature of the transistor and a given supply voltage of the current source 50, a constant current determined by the transistor characteristic flows. This characteristic is shown in Fig. 2,
namely, the curve U @ F = K shows the characteristics of the transistor 40 with the operating point indicated by the letter O base-emitter voltage UBF = U, and collector current Ic = I. It is also assumed that the bridge is in equilibrium so that the same operating point also applies to the other transistor, apart from the sign.
Provided that the bridge resistors 10 and 20 are the same, both transistors have the same emitter-collector voltages except for the sign. In contrast, the transistor 30 is connected to the voltage divider, which consists of an ohmic resistor 31 and a temperature-dependent resistor 32. The output resistance of the transistor 30 is accordingly variable with the temperature control.
In Figure 2, the voltage UBF = U, 1 represents the ordinate on which the operating point of the transistor 30 lies, provided that the voltage U, .1 is only slightly higher than U, Since because of the series connection of the two transistors is the same through both current flowing, the working points of both transistors must lie on a horizontal line of FIG.
The operating points of the transistors are therefore shifted to point A for transistor 40 with control voltage U, and to point B for transistor 30 with control voltage U ,,. Half of the difference between the emitter-collector voltages UCF = K + 0 and UcF = K-A, corresponding to the two points, represents the control voltage for the amplifier 60.
A temperature change in the same direction of both transistors acts like a horizontal parallel shift of the control voltage ordinates U,. and U, .1 in Fig. 2, whereby nothing changes in the operation of the bridge as long as the changes are so small that the characteristic curves can be viewed as a straight line. Since the amplifier 60 is assumed to be sensitive, even small deviations from the bridge equilibrium are sufficient; H. small changes in the control voltage Ufi, in Fig. 2 to trigger the switching process.
Since the bridge voltage is proportional to the supply voltage, its fluctuations affect the switching point. With the intended high amplification of the amplifier 60, the difference in the transistor control voltages is small, so that one can calculate with straight-line characteristics in the characteristic field, whereby the operating points in Fig. 2 are shifted vertically when the supply voltage changes.
The bridge voltage itself changes proportionally to the change in the supply voltage, which has only an insignificant influence on the steepness of the arrangement.
The advantage of the invention is that the device is brought to function before a temperature value that is to be avoided is reached, this operating state being able to be brought very close to this undesired temperature value due to the reproducible accuracy.