Ein geregelter Zusatzheizkörper am Abend

©Norbert Meier 2020


Veranlassung

In den Wintermonaten und in der Übergangszeit haben wir im Wohnzimmer tagsüber eine Raumtemperatur
von ca. 22 °C, die durch der Wärmeabstrahlung der drei Nachtspeicherheizkörper erzeugt wird.
Unser Wunsch bestand nun darin, in den Abendstunden die Raumtemperatur auf genau 23 °C zu erhöhen.
Dafür wird ein kleiner Standheizkörper mit den möglichen Schaltstufen, Stufe I mit 700 W, Stufe II mit
1400 W und Stufe III mit 1800 W mit einer von mir konstruierten temperaturabhängigen Regeleinrichtung
zum Einsatz kommen.

Bild 1

Dei Abmessungen des Heizkörpers sind: Breite 70 cm, Höhe 40 cm und Tiefe 10 cm.


Temperaturabhängigkeit beim NTC-Widerstand

In der Elektrotechnik gibt es temperaturabhängige Bauteile. Besonders beim NTC-Widerstand, auch Thermistor
genannt, wird bei steigender Umgebungstemperatur der Widerstand kleiner. Die Abkürzung NTC bedeutet:
Negativer Temperature Coeffizient. Die NTC-Widerstände werden meistens scheibenförmig hergestellt. Die
Kennzeichnung R25 ist der NTC-Widerstandswert bei einer Temperatur von 25 °C.

Bild 2

Die abnehmenden Widerstandswerte bei steigender Temperatur zeigt das folgende Bild:

Bild 3

Im Bereich um 20 °C würde eine Temperaturabsenkung um 1 °C eine Widerstanderhöhung von
100 Ohm zur Folge haben.


Wheatstonsche Brücke

Die folgende Schaltung aus vier Widerständen bietet die Möglichkeit, eine Widerstandsänderung mess-
technisch zu erfassen. Zwei parallel geschaltete Spannungsteiler aus ohmschen Widerständen bilden
die Wheatstonsche Brückenschaltung. Die Verbindung zwischen A und B wird als Brücke bezeichnet und
kann als Messgröße Verwendung finden.

Bild 4

Die Punkte A und B haben das gleiche Potential, wenn das Verhältnis der Spannungsteilerwiderstände
gleich groß ist. Verändert sich einer der Widerstände, z.B. durch eine Temperaturerhöhung, fließt ein
Strom von A nach B.


Wheatstonsche Brücke mit NTC-Widerständen

Um die Empfindlichkeit der Wheatstonschen Brücke zu erhöhen, erhält jeder Spannungteiler einen
NTC-Widerstand. Die folgende Schaltung soll näher betrachtet werden.

Bild 5

Die Anordnung der NTC-Widerstände hat bei einer Temperaturerhöhung folgende Wirkung: Im ersten
Widerstandzweig R1 - R2 wird der NTC-Widerstand R1 kleiner, d.h. Punkt A nimmt ein höheres Potential
an. Im zweiten Zweig R3 - R4 wird der NTC-Widerstand R4 auch kleiner, aber am Punkt B wird das
Potential kleiner. Die Spannungsdifferenz U1 - U2 geht von Null auf positive Werte.


Berechnung der Spannungsdifferenz bei Änderung am NTC-Widerstand

Wir nehmen einmal an, dass eine geringe Temperaturabsenkung an den beiden NTC-Widerständen in der
obigen Schaltung den Widerstandswert um den Betrag Rx erhöht. Mit Hilfe des Ohmschen Gesetzes
I = U / R lässt sich die Spannungdifferenz U2 - U1 berechnen zu:

U2 - U1 = U . Rx / (9400 + Rx)

Die Spannungsdifferenz U2 - U1 zeigt einen linearen Verlauf in Abhängigkeit von Rx.

Bild 6


Ein Operationsverstärker (OP) verstärkt die Spannungsdifferenz

Das folgende Bild zeigt die Schaltung mit einem OP und einer regelbaren Wheatstonschen Brückenschaltung.

Bild 7

Wenige Millivolt für die Differenzspannung (UDiff) reichen aus, um den Ausgang am OP voll auszusteuern:

Bild 8


Der Schaltplan für die Heizungssteuerung

Das Gesamtschaltung zeigt das folgende Bild:

Bild 9


Das fertige Standgerät für die Heizungssteuerung

Bild 10



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