In einer Heizkammer werden Produktionsteile zu einer gewissen Temperatur erhitzt. Nachdem ein Teil in der
Heizkammer positioniert wurde, wird manuell die Heizung eingeschaltet. Die Temperatur in der Heizkammer wird mit einem Sensor
überwacht. Sobald die gewünschte Temperatur erreicht wurde, schaltet die Steuerung die Heizung automatisch ab.
Schrack - Relais
In der Schaltung wird die Heizung mit einem Relais eingeschaltet (Hier eine Heizfolie). In diesem Fall kommt das
Relais RT424012 von Schrack zum Einsatz. Für die Spule werden 12VDC gebraucht. Das Relais verfügt über zwei Wechsler. Von den
Wechslern werden jeweils nur die Schließer verwendet. Mit einem Schließer wird die Selbsthaltung realisiert, mit dem zweiten wird
die Heizung zugeschaltet.
Komparator LM311
Das Einschalten der Heizung erfolgt mit einem Taster. Das Ausschalten übernimmt der Komparator LM311. Der
Bauteil kann Verbraucher bis zu 50 mA schalten. Er vergleicht zwei Spannungen miteinander und sobald eine eingestellte Schwelle
über- bzw. unterschritten wird, schaltet er um. Die beiden Spannungen werden an die Pins 2 und 3 angelegt. Am Pin 3 wird mit einem
Potenziometer die Schaltschwelle eingestellt. Am Pin 2 liegt die untersuchte Spannung an, die von dem Temperatursensor, einem NTC,
beeinflusst wird.
NTC
Als Temperatursensor wird ein NTC (Vishay 2381 640 63222) eingesetzt. Bei der Temperatur von 25°C hat er einen
Widerstand von 2,2 kOhm. Bei einem NTC (Heißleiter) sinkt der Widerstand mit steigender Temperatur. Die Widerstandswerte bei anderen
Temperaturen kann man empirisch ermitteln. Ist ein Datenblatt vorhanden, kann der Widerstandswert bei gewünschter Temperatur
ausgerechnet werden. Für diesen NTC sieht die Berechnungsformel wie folgt aus:
Die Variablen A, B, C und D sind Werte, die aus dem Datenblatt entnommen werden können. Rref ist Widerstand bei
25°C und beträgt 2,2 kOhm. T ist die Temperatur in Kelvin.
Bei einer Temperatur von 35 °C (Zieltemperatur der Testschaltung) beträgt der Widerstand des Heißleiters 1437 Ohm.
Die Schaltung
Temperaturmessung
Der Schaltplan
Die Schaltung wird mit dem Taster S1 aktiviert. Doch davor muss sie richtig eingestellt werden. Der Heißleiter ist
in Reihe mit dem Widerstand R3 geschaltet. Bei der Zieltemperatur (35°C) erreicht sein Widerstand den Wert von 1437 Ohm. Damit ergibt
sich am Punkt B der Schaltung eine Spannung von ca. 10,5 V.
Diese Spannung bildet die Schaltschwelle, bei der der Komparator umschalten soll. Diese Spannung muss als Vergleichsspannung
am Punkt A der Schaltung eingestellt werden. Dies geschieht mit dem Potenziometer R1.
Die Schaltung funktioniert wie folgt: Sobald Spannung eingeschaltet wird, ist das Potenzial am Pin 3 des
Komparators höher als an dem Pin 2. Der Komparator schaltet durch und verbindet die Spule des Relais K1 (Pin 7) mit der Masse.
Dank dessen kann jetzt die Schaltung mit dem Taster S1 aktiviert werden. Das Relais zieht an, geht in die Selbsthaltung, die Heizung
wird eingeschaltet. Während die Temperatur ansteigt, verringert sich der Widerstand des Heißleiters. Das führt dazu, dass die
Spannung am Pin 2 ansteigt. Bei der Temperatur von 35 °C sind die Spannungen an den Pins 2 und 3 gleich. Weiterer Temperaturanstieg
führt dazu, dass die Spannung am Pin 2 größer als an dem Pin 3 wird und der Komparator seinen Zustand wechselt. Die Verbindung des
Relais zur Masse wird gekappt, das Relais fällt ab, die Heizung wird ausgeschaltet. Erneutes Einschalten ist erst dann möglich, wenn
die Temperatur unter 35°C fällt. Mit dieser einfachen Anordnung der Schaltelemente ist es möglich, eine Genauigkeit von +/-1°C
zu erreichen.
