DE2832434C2

DE2832434C2 - Regelsystem für elektrische Haushaltsgeräte

Info

Publication number: DE2832434C2
Application number: DE2832434A
Authority: DE
Inventors: Shunichi Nara Nagamoto; Kazuho Kyoto Sakamoto
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1977-07-27
Filing date: 1978-07-24
Publication date: 1983-01-27
Also published as: US4276468A; CA1128171A; AU521378B2; GB2002143A; DE2832434A1; JPS5425381A; GB2002143B; AU3825778A

Description

dadurch gekennzeichnet, daß

6. der Impulsfolgengeber (303) eine von dem Meßwert des Sensors (302) abhängige Impulsfrequenz (326) liefert,

7. die Iregelse direkt dem Zähler (307), der durch ein Gatesignat von einer Zeitgeberschaltung (313) aktiviert wird, zugeführt werden,

8. die Vergleichsschaltung (308) den Zählerinhalt mit dem Wert eines Sollwertspeichers (306) vergleicht und abhängig von dem Ergebnis die Treiberstufe (345) ansteuert, und

9. die Zeitbasis für die Regelung von der Netzfrequenz Ober einen Frequenzteiler (310) abgeleitet wird.

2. Regelsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsfo'gengeber (303) ein astabiler Multivibrator if t

3. Regelsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsfrequenz des Impulsfolgengebers (303) durch Elemente bestimmbar ist, die von den elektrischen Eigenschaften des Sensors (302) unabhängig und mittels Umschaltern (317,318) wahlweise mit dem Impulsfolgengeber (303) verbindbar sind.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Regelsystem für elektrische Haushaltsgeräte, mit einem Sensor zur Umsetzung eines für die zu regelnde Größe charakteristischen Parameters in elektrisch erfaßbare Meßwerte, einem Impulsfolgengeber, einem Zähler zur Zählung der Impulse, einer Ve-gleichsschaltung und einer Treiberstufe zur Ansteuerung der zu regelnden Baueinheit über eine Logik.

Ein derartiges Regelsystem ist beispielsweise aus der DEOS 26 22 308 bekannt, die eine Regelung für die Korhdauer in einem Mikrowellenherd offenbart. Diese Schaltung ist spezifisch für diesen Anwendungsbereich ausgelegt, es ist ökonomisch nicht sinnvoll, sie auf andere Anwendungsgebiete aufgrund ihrer Komplexität zu übertragen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine preiswerte aber zuverlässige Schaltung zu schaffen, die einen elektrischen Verbraucher in Abhängigkeit von äußeren Parametern steuert.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Impulsfolgengeber eine von dem Meßwert des Sensors abhängige Impulsfrequenz liefert, die Impulse direkt dem Zähler, der durch ein Gatesignal von einer Zeitgeberschaltung aktiviert wird, zugeführt werden, die Vergleichsschaltung den Zählerinhalt mit dem Wert eines Sollwertspeichers vergleicht und abhängig von dem Ergebnis die Treiberstufe ansteuert, und die Zettbasis für die Regelung von der Netzfrequenz über einen Frequenzteiler abgeleitet wird.

Es wird also erfindungsgemäß der Meßwert sofort in eine Impulsfolge umgesetzt, deren Frequenz von der Größe des zu messenden Wertes abhängig ist Aus der Zeitschrift »elektronik Industrie«, 8, (1977), Seiten 16 bis ίο 18 ist eine derartige Umsetzung bereits bekannt Erfindungsgemäß wird diese Impulsfolge jedoch in einem Zähler gezählt, und die Impulsanzahl pro Zeiteinheit wird in einer Vergleichsschaltung mit einem Sollwert verglichen. Abhängig davon, ob der Sollwert überschritten, unterschritten oder erreicht wurde, wird dann anschließend ein Verbraucher geschaltet Die Zeitbasis, die für die Meßrate des Zählers dient, wird in einfacher Weise aus der Netzfrequenz gewonnen. Eine Vergleichsschaltung, die digitale Werte miteinander το vergleicht, nämlich den Zählerinhalt und den Sollwert, arbeitet sehr einfach und vor allem sehr viel genauer als eine Schaltung, die wie beispielsweise bei der DE-OS 26 22 308 analoge Spannungen miteinander zu vergleichen hat

2s Einzelne Merkmale der erfindungsgemäßen Lösung sind auch aus der US-PS 38 78 358 bekannt, jedoch löst die erfindungsgemäüe Kombination die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe in besonders vorteilhafter Weise.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Im folgenden wird an Hand der Figuren ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Es zeigt F i g. 1 einen Mikrowellenherd mit der in einer 3$ schaubildlichen Ansicht,

Fig.2 einen anderen Mikrowellenherd in einer Seitenansicht im Schnitt,
F i g. 3 ein Blockschaltbild des Regelsystems,
Fig.4a und b schematische Blockschaltbilder von einer ersten und einer zweiten Variante der Schaltung, Fig.5 ein Zeitdiagramm der Schaltung nach Fig.3, Fig.6a und b Diagramme mit den Kennlinien des Impulsfolgengebers,

Fig.7 ein Diagramm mit der Kennlinie eines der ersten Variante der Schaltung nach Fig.4a entsprechenden Impulsfolgengebers,

F i g. 8a—d Schaltpläne von verschiedenen Impulsfolgegebern,

F i g. 9 ein Zeitdiagramm einiger Signale, die bei der so zweiten Variante der Schaltung nach F i g. 4b benutzt werden.

In Fig. 1 ist in einer schaubidlichen Ansicht die Vorderseite eines Mikrowellenherdes als Beispiel für elektrische Haushaltsgeräte dargestellt Der Herd weist ein Gehäuse 101, eine schließbare Fronttür 102 mit einem Handgriff iO3 und eine Steuereinheit 104 mit Einstelltasten 105, eine Anzeigevorrichtung 106 und einen Netzschalter 107 auf. Eine Temperaturfühlersonde 108 ist so ausgebildet, daß sie in ein Nahrungsmittel 109 eingeführt werden kann, um die in diesem herrschende Temperatur zu erfassen. Mit 110 ist ein Stecker zum Anschluß an den Netzstrom und mit 111 der Innenraum des Herdes bezeichnet.

In Fig. 2 ist ein anderer die Erfindung enthaltender Herd in der Seitenansicht im Schnitt dargestellt. Die Temperaturfühlersonde der Ausbildung nach Fig. 1 muß, wenn sie auch zur Temperaturerfassung mit hoher Genauigkeit ausgebildet ist, an dem einen Endabschnitt

mit der Herdwandung verbunden sein und ist deshalb ungeeignet für die Verwendung in Mikrowellenherden, in denen Drehtische 201 rotieren, um das Nahrungsmittel während des Kochens zu drehen, wie z. B, bei dem Herd nach der F i g, 2, da dann die Temperaturfühlersonde 108 verdreht werden würde. Der Herd nach F i g, 2 ist deshalb mit einem Feuchtigkeitsfühler 203 in einem Entlüftungskanal 202 versehen. Der Feuchtigkeitsfühler 203 dient zur Regelung des Kochvorganges durch Messung des das Nahrungsmittel 109' verlassenden Dampfes.

Der Entlüftungskanal 202 weist eine äußere Abdekkung 204 auf. Ferner ist in F i g. 2 ein Magnetron 205 und eine Ausnehmung 207 zur Aufnahme eines Strahlers 206 mit einem Verschlußdeckel 208 dargestellt, die aus einem Werkstoff bestehen, der nur niedrige dielektrische Verluste bedingt

Im Nachfolgenden wird ein in Abhängigkeit von den Daten der Fühler wirksames Regelsystem, das für einen derartigen Mikrowellenherd geeignet ist, beschrieben. Wie in Fig.3 dargestellt, ist ein Sensor 302, der wie beschrieben eine Temperaturfühlersonde lf{3 odev ein Feuchtigkeitsfühler 203 sein kann, mit einem Impulsfolgengeber 303 verbunden, der einen astabilen Multivibrator oder dergleichen enthält Die elektrischen Eigenschaften, beispielsweise der ohmsche Widerstand des Sensors 302, können direkt die Frequenz der vom Impulsfolgengeber 303 abgegebenen Impulsfolge bestimmen oder erst in Spannung oder Strom umgewandelt und dann zum Impulsfolgengeber 303 geführt werden. Ein Impulsformer 304 wandelt die Sinuswellen des Wechselstromes in Rechteckwellen der gleichen Frequenz um.

Ein Regelkreis 301, der wirtschaftlich aus LSI-EIementen gebildet sein kann, wie sie auch bei Mikrocomputern Verwendung finden, ist schematisch dargestellt E'ne Treiberstufe 345 arbeitet in Abhängigkeit von einem Signal des Regelkreises 301. Die Ausgangsgröße des Impulsfolgengebers 303 wird durch ein UND-Gatter 305 di i Regelkreises 301 zu einem Zähler 307 geführt, der die Ausgangsimpulse des Impulsfolgengebers 303 zählt Die Auswertzeit für den Zähler 307 ist derart durch den Ausgangswert bestimmt, der durch Frequenzteilung der Netzfrequenz erhalten wird, daß das UND-Gatter 305 für z. B. eine Sekunde öffnet Wenn wie dargestellt Netzfrequenz genutzt wird, werden die Sinuswellen der Netzfrequenz in den Impulsformer 304 eingespeist der Rechteckimpulse (A) wie in F i g. 5 dargestellt, abgibt

Die Impulse werden durch ein UND-Gatter 309 zu so einem Frequenzteiler 310 geführt, durch den die Netzfrequenz in Signale von z. B. einer Sekunde Dauer unterteilt wird. Nach Ablauf einer Sekunde gibt der Fequenzteiler 310 derart ein Signal (B) auf einem Niveau (H) an einen Inverter 311, daß dieser wiederum ein Signal (C) auf einem Niveau (L) an die UND-Gatter 305,309 anlegt (F i g. 5,9). Als Folge sind die Gatter 305,

309 geschlossen, wodurch das von dem Sensor und dem Netzfrequenzsignal vom Impulsformer 304 abhängige Impulssignal von dem Impulsfolgengeber 303 gesperrt θο wird und nicht in den Zähler 307 und den Frequenzteiler

310 gelangt.

Der in F i g. 5 dargestellte Abschnitt t_w ist durch eine Zeitgeberschaltung 313 gebildet, die einen monostabilen Multivibrator und einen Inverter 314 umfaßt. Der Zähler 307 und Frequenzteiler 310 werden nach Ablauf des Abschnittes i„ in (',en Ausgangszustand zurückgesetzt, nachdem das Signal von einer Sekunde Dauer von dem Frequenzteiler 310 ausgesandt wurde. Ein Sollwertspeicher 306 speichert Binärdaten, die der Kochendtemperatur beim Endzustand des Nahrungsmittels entsprechen und die durch den Benutzer mittels der Einstelltasten 105 vorgewählt werden können, während der Zähler 307 die Anzahl der Impulse speichert, die in einer Sekunde in Abhängigkeit von den elektrischen Werten des Sensors gezählt werden.

Nachdem das Signal auf dem //-Niveau über den Inverter 312 dem Ansteueranschluß E eines arithmetischen Vergleichskreises 308 zugeführt wurde, in dem die Daten des Zählers 307 mit den Daten des Sollwertspeichers 306 verglichen wurden, gibt der Vergleichskreis 308 ein Signal zur Treiberstufe 345, wenn der Vorgang das vorgeschriebene Ergebnis zeigt

Die Schwingungsfrequenz des Impulsfolgengebers 303 kann schwanken mit Variationen der elektronischen Werte des Sensors 302 in einer monoton steigenden Art wie in Fig. 6a oder in einer monoton fallenden Art wie in Fig.-öb dargestellt In dem Fall des monotonen Ansteigens schwankt die Schwi^gungsfrequenz des Impulsfolgengebers 303 von f, bis /j* wobei der Impedanzwert des Sensors von Z₁ bis Zb schwankt Beispielsweise empfängt der Zähler 307 in einer Sekunde 6 Impulse, wie bei (D) in F i g. 5 angegeben, wenn der Impedanzwert des Sensors Z, und die Schwingungsfrequenz /, ist und 12 Impulse in einer Sekunde, wenn der Impedanzwert Zb und die Schwingungsfrequenz fb ist wie in Fig.5 bei (E) gezeigt Auf diese Weise ist der Betriebspunkt des Sensors 302 geklärt

In den Fig.8a—8d sind spezielle Schaltpläne für Impulsfolgengeber 303 dargestellt von denen jeder einen astabilen Multivibrator aufweist der die Veränderung in den elektrischen Eigenschaften des Sensors 302 verwertet Mit 601 und 602 sind in Fig.8a Inverter bezeichnet die CMOSIC enthalten, mit 603 ist ein Widerstand und mit 604 ein Kondensator bezeichnet Der Schaltplan von Fig.8b enthält Widerstände 605, 607,609,611,613, einen Kondensator 610, Dioden 606, 6J 2, einen programmierbaren Unijunctions-Transistor (PUT)608 und einen npn-Transistor 614. In Fig.8c ist ein Schaltplan mit einem Kondensator 615, Widerständen 616,617 und einem arithmetischen Verstärker 618 dargestellt Fig.8d zeigt einen Schakplan bestehend aus arithmetischen Verstärkern 619,629, einen Kondensator 621 und Widerständen 622, 623, 624, 625. Besonders die in den Fig.3a, 8c, 8d dargestellten Schaltkreise sind über einen weiten Bereich betriebsfähig, da das Produkt der Impedanz des Sensors 302 und der des Kondensators 604, 615 oder 621 proportional zur Schwingungszeitkonstante ist mit der Folge, daß die Frequenz der Impulsfolge linear variiert und der Setnebswiderstand des Sensors sich selbst über einen weiten Bereich verändert. Beispielsweise können die Daten des Feuchtigkeitssensors 203 mit sehr sicherer Genauigkeit beim Gebrauch eines derartigen Schaltkreises verwertet werden, obgleich der Betriebswiderstand des Feuchtigkeitsfühlers 203 der Einrichtung nach Fig.2 über einen weiteren Bereich von IO⁴— 10⁸OlIm variiert.

Wenn es gewünscht wird, den Betriebibereich des Sensors 302 über einen weiten Bereich auszulegen, ist die in Fig.4a dargestellte Regeleinrichtung nützlich. Die Schv.ingungsz;itkonstante des Impulsfolgengebers 303 ist bestimmt durch den Sensor 302 und einen ersten Kondensator 315 oder zweiten Kondensator 316. Der erste und zweite Kondensator 315, 316 sind mit einem

ersten Umschalter 317 bzw. einem zweiten Umschalter 318 alternativ mit dem Impulsfolgengeber 303 verbindbar. Auf diese Weise wird als Antwort auf ein Signal 319 oder 320 von dem arithmetischen Vergleichskreis 308 des Regelkreises 301 einer der Kondensatoren die Frequenz bestimmen und dabei die Abgabe einer Impulsfolge des Impulsfolgengebers 303 in der gewünschten Art ermöglichen, wobei ein Impulsausgang zum Zähler des Regelkreises 301 geführt wird.

In Pig.7 sind die durch den ersten und zweiten Kondensator 315,316 bedingten Kennlinien dargestellt, die jeweils mit I und Il bezeichnet sind und die Beziehung zwischen der Veränderung des elektrischen Widerstandes des Sensors 302 und der Schwingungsfrequenz des Impulsfolgengebers 303 zeigen. Es wird nun is angenommen, daß die höchste Frequenz des Impulsfolgengebers 303, die von dem Zähler des Regelkreises 301 mit großer Genauigkeit verarbeitet wurden kann. Λ ist und daß die zur genauen Erfassung des Zustandes des Sensors 302 benötigte Schwingungsfrequenz h ist. Wenn der Betrieb des Sensors 302 gemäß der Kennlinie I erfaßt werden soll, ist dies nur im Widerstandsbereich von R\ — Rj möglich, wobei die Nutzung beider Kennlinien I und Il einen weiteren Widerstandsbereich von /?i nach R3 zur Erfassung der Betriebswerte des Sensors 302 ermöglicht.

Mit Bezugnahme auf die F i g. 4b und 9 wird nun ein

Regelsystem beschrieben, das eine Vielzahl von Sensoren aufweist und das für eine nicht kostspielige Verarbeitung der Daten der Fühler ausgelegt ist. Die Frequenz der vom Impulsfolgengeber 303 bezogenen Impulsfolge ist bestimmt durch den Kondensator 321 und den ersten oder zweiten Sensor 302-1 bzw. 302-Z Der erste und zweite Sensor 302-1,302-2 sind alternativ mittels eines ersten bzw. zweiten Umschalters 322,323 mit dem Impulsfolgengeber 303 verbindbar. Die Umschalter 322, 323 sind so ausgebildet, daß sie alternativ als Reaktion auf ein Signal 324 bzw. 325 von dem arithmetischen Vergleichskreis 308 in dem Regelkreis 301 betätigt werden können. Wie in F i g. 9 dargestellt, sind beispielsweise Impulssignale in einer zeitlich voneinander getrennten Weise verfügbar, so daß das Ausgangssignal als Impulsfrequenz 326 des Impulsfolgengebers 303 Daten des ersten Sensors 302-1 enthält, wie in Abschnitt A dargestellt, wobei das Signal 324 auf Η-Niveau und das Signal 325 auf L-Niveau ist, während das Ausgangssignal als Impulsfrequenz 326 des Impulsfolgengebers 303 Daten des zweiten Sensors 302-2 enthält, wie im Abschnitt B dargestellt, wenn das Signal 324 auf L-Niveau und das Signal 325 auf Η-Niveau ist. Die zwei Datenteile der Sensoren 302-1 und 302-2 können in dem Regelkreis 301 zuverlässig bei geringen Kosten verarbeitet werden.

Hierzu 8 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Regelsystem für elektrische Haushaltsgeräte, mit

1. einem Sensor zur Umsetzung eines für die zu regelnde Größe charakteristischen Parameters in elektrisch erfaßbare Meßwerte,

2. einem Impulsfolgengeber,

3. einem Zähler zur Zählung der Impulse,

4. einer Vergleichsschaltung,

5. einer Treiberstufe zur Ansteuerung der zu regelnden Baueinheit über eine Logik,