具有高低电压控制能力的电子温度自动调节器 本发明是关于电子温度自动调节器，更具体地说是关于适于控制风扇盘管单元(fan coil units)以及类似的加热与冷却设备的温度自动调节器。
通常在许多政府大楼、学校和旅馆中看到的用于控制单个房间、入口通道、大厅通道等处温度的加热和冷却设备常被称作风扇盘管单元。这种单元通常使用加热和/或冷却盘管与风扇相结合以控制它们所在空间的温度。风扇盘管所在的系统可以是所谓双管系统(twopipe system)，其中的风扇盘管使用单一供水管和单一回水管，根据其操作模式使供水管中流过热水或冷水，从而实现加热或冷却。应该理解，在双管系统中不能同时提供热水和冷水。
风扇盘管单元也能连接成四管系统，其中使用一个供水和回水管去冷却，以及一个供水和回水管去加热。风扇盘管单元常常利用作为该风扇盘管单元一部分的电加热单元使之具有提供辅助热量的能力。这种风扇盘管单元通常有阀门控制通过供水和回水管线的流量，还有控制盘管上空气流量的风扇，通常还提供风门(damper)以控制通过该单元的进门空气和出门空气的比例。风扇盘管单元有多种构成和设计，包括例如不同的风扇操作电压和辅助电热单元操作电压。通常风扇盘管单元有24伏、120伏、208-230伏和277伏的操作电压。对风扇盘管单元的控制也可以变化，表现在控制要被加热或冷却的外部空气以提供较高质量室内空气的风门也能被改变，能被改变的还有控制阀门因而控制来自供液管的加热和/或冷却液体流量的能力。再有，控制穿过盘管(它代表该单元的热交换器)空气量的风扇的速度也能被控制。
不管风扇盘管单元的设计和结构如何，也不管它们主要以怎样方式被控制，一个温度自动调节器对控制该单元的操作是必须的。因为有各种可能的操作特性，所以迄今为止尚没有一种单一地温度自动调节器设计能用来操作全部商业上能得到的不同风扇盘管单元中的大部分。再有，因为可以有不同的操作电压，“Underwriter实验室依从规格”已得出这样的结果：使温度自动调节器与控制继电器等部件分离。而这一点已给用户增加了费用，因为必须安装与温度自动调节器分离的开关、继电器和相关的控制器。
因此，本发明的一个主要目的是提供一种改进的温度自动调节器，用以控制可能有很多不同的和可变的操作和设计特性的风扇盘管单元。
本发明的另一目的是提供一种改进的温度自动调节器，它能装在风扇盘管单元上或装在墙上，而且它能提供对高压端设备(如风门、开关、阀门之类)以及低压端设备的控制，而这种控制由一个具有分离的高压部分和低压部分的单个温度自动调节器来完成。依靠独特的设计，使该温度自动调节器能装在一个通常的4×4英寸方形电盒里，而且只需要在盒中间放置一个分隔片把高压部分和低压部分分隔开。
本发明的另一目的是提供这样一种改进的温度自动调节器，它能利用放置或去掉一些跨接片容易地配置温度自动调节器，从而使之能够容易地配置成操作许多具有不同操作电压和操作特性的风扇盘管单元中的任何一个。
一个更具体的目的是提供这样一种改进的温度自动调节器，如果希望的话，它能容易地配置成风扇速度控制操作方式而不同于阀门和风门控制型。
又一个目的是提供一种改进的温度自动调节器，它能操作的风扇盘管装置既可装配成双管系统也可以是四管系统。
本发明的另一个目的是提供这样一种温度自动调节器，它有一微处理器用于响应由温度传感器提供的输入信号而产生控制信号，而且它自动提供适当的控制功能以用于风扇盘管被配置而成的系统类型。
本发明还有一个目的是提供一种改进的温度自动调节器，它有能力控制风扇盘管的辅助电热器以及它的控制阀门和风门，该温度自动调节器还应用利用远距离温度传感装置，如果安装这种装置的话。这种装置不同于作为温度自动调节器一部分的板上传感装置。
本发明的另一目的是提供这样一种改进的温度自动调节器，它有一个测试序列，能在安装过程中根据愿望来运行，这种测试序列能确定在实际使用期间所安装的温度自动调节器是否能正常地发挥其功能。
当参考附图读过下述描述后，将清楚地看出其他目的和优点。这些附图是：
图1是实施本发明的温度调节器的透视图，图中将外罩和底部分彼此分开了；
图2是图1所示底部的底视图；
图3是装在通常的4×4英寸电气方盒中的温度自动调节器的部件分解透视图；
图4是从外罩部分的内部观察的印刷电路板图；
图5是本发明的接头组件的部件分解平面图；
图6是图5所示接头组件的一部分的端视图；
图7是一般沿图6中7-7线所作截面图；
图8是图5所示接头组件的端视图；
图9是一般沿图6中9-9线所作截面图；
图10是本发明的接头组件的紧固部件和螺栓的平面图；
图11是在低压风扇盘管单元的应用中该温度自动调节器的安装电路示意图；以及
图12a和12b一起构成本发明的温度自动调节器的电路示意图。
概括地说，本发明构成的温度自动调节器特别适用于控制各种加热和致冷装置，而且特别适用于控制风扇盘管加热和致冷装置，诸如在政府大楼、学校、旅馆之类建筑物中使用的那些。尽管该温度自动调节器特别适用于控制风扇盘管单元，但它肯定不限于控制这类特定的单元，而是能用于控制任何多种的加热和致冷装置，对于它们而言，恒温控制是有用的而且希望控制机械终端装置，如阀门操作器、风扇和风门等与一温度自动调节器或控制器相连的装置。本发明的温度自动调节器在其操作功能方面特别灵活，它被设计成能控制其操作电压在一个相当大范围内变化的终端装置。
在这方面，本发明的温度自动调节器适应于有24伏交变电流(VAC)控制，也能直接控制有120VAC以及208-230和277VAC的装置。该温度自动调节器能被设置成用于这些操作电压的任何一种，而且具有板上继电器能切换具有上述操作电压之一的终端装置，并能控制电流负载高达几安培，即使当操作电压在277VAC时也是如此。该装置与UL873规格一致，能装到风扇盘管单元本身上，也能装到墙上。该温度自动调节器能在加热或致冷操作方式下提供自动或手动控制。该温度自动调节器也能在通/断控制方式下工作，也能用作风扇速度通/断控制器或温度控制器，它们或在自动方式或在加热方式或致冷方式下工作，以及在通/断温度控制器方式下工作。该温度自动调节器有一个分度盘旋钮用于设定被控制空间的温度设定值。终端装置可在24VAC下运行，也可以在前述较高电压下运行。
当该温度自动调节器要用于控制277VAC终端装置时；它能直接控制和操作工作于277VAG的阀门和风扇马达。当该温度自动调节器被装到远处墙上时，它不能直接控制277VAC终端装置，在这种配置下，温度自动调节器提供一个24伏输出信号以控制位于风扇盘管单元中的继电器。该温度自动调节器被设计成如果电源电压不是指定电压时温度自动调节器将自动进入断电状态从而不会发生不可预料的操作，即温度自动调节器被断电保护。
现在回到附图，特别是图1，一个实施本发明的温度自动调节器通常用标号20表示，图1是部件分解透视图。温度自动调节器有一个底部(通常用22表示)和一个外罩部分(通常用24表示)，带有一个温度设置点可转动分度盘旋钮26用于设置标称设置点温度。旋钮26适于连接在外罩部分24。分度盘旋钮26有转柄28，它有一个开口末端(split end)30(图4)适于机械连接装在印刷电路板34上的电位计32，而印刷电路板装在外罩部分24的内部。用尖嘴钳将开口末端夹到一起便能把分度盘旋钮26拿掉。外罩部分有一个半圆形开口36，其中可插入一个突出部(图中未画出)，它限制了分度盘旋钮转动一段预先确定的圆弧，这图弧相应于温度自动调节器的高、低温度设置，在上面印有温度指示标号。
当去掉分度盘旋钮时，一个放大的开口38显露出一个暴露的跨接片，它能被短路以便启动一个测试序列，以确定该温度自动调节器是否正常工作。一旦该测试跨接片被短接，则测试序列从设置点电位计完全顺时针转动到位来启动不带改变温度测试的测试。它能完全反时针方向转动到位以启动带改变温度测试的测试。该起点确定室内或空气温度是否高于60°F和低于80°F。起始：
-05 计时器＝0
-10 如果设置点在最大值则转到40
-20 如果设置点不在最小值则转“失败”
-30 如果转向温度＞60°F和＜80°F则转40，否则
转“失败”
-40 如果室内或返回空气温度＞60°F和＜80°F则转
去50，否则转“失败”
-50 如果正常闭合输入＝“短接”则转去60，否则转“失
败”
-60 如果计时器＝5秒则补充输出1，输出2，风门，第
二加热阶段
-65 设计时器＝0
-70 转去10
“失败”：
-80 设置输出1，输出2，风门，第二加热阶段＝继电器被
激励
-90 转到5
-100 结束
要停止测试，只要去掉跨接片，并把分度盘旋钮转柄28推回它的安装位置从而恢复设置点分度盘。
温度自动调节器还有一个微处理器40和一对滑动开关42和44，它们分别控制风扇和温度自动调节器工作方式。微处理器40(见图11b)最好是Motorola HC05微处理器，它经修改后实现这里所描述的功能。
关于风扇速度控制器42(如图1所示，也参考图12a)，它最好是一个四位置开关，从左到右有“断”、“高”、“中”、“低”四个位置，这使风扇在能被置于中或低速之前先从“断”切换到“高”速。关于开关44，它的左侧位置是“断”，其他位置是“自动”、“加热”和“致冷”工作方式。这些开关可在槽口46内滑动，这些槽口是在矩形插入件48中形成的，而插入件48最好是牢固地固定在外罩部分24上；该插入件48可以有变长度槽口46用于限定开关的滑动行程，如果特定的温度自动调节器配置限定了该温度自动调节器的功能的话。例如，关于风扇速度开关42，一些应用中希望风扇永远不被关掉，在这种情况下，通过用较短的槽口46锁住开关42向左运动到“断”位置便能有效地消除“断”状态。外罩部分24还在温度自动调节器四周有多个开口50，使得向温度自动调节器内部提供空气循环，在其内部放置有感温热敏电阻。
根据本发明的一个重要方面，底部22易于与外罩部分24分开，而且底部适于和延伸到被控制的风扇盘管单元的电导体相连接。外罩部分和底部都是用塑料制的，最好是Cylolac ABS塑料，它有UL94-5VA易燃性UL额定值。底部22有两个接头部分52和54，每个有7个接点用于将外部线连到温度自动调节器上。
每个接头部分52和54有7个单个接头组件56，它们的组成部件示于图5-9。底部22有一个开口58用于使每个接头组件延伸到完全穿过底部。开口58适于使终端部件60用底部22外表面上的导体或导线将其连接到底部22内表面上的电导体或接线柱上。终端部件60有一个终端突出部62，它通过开口58延伸并在其外端附近有一个小孔63符合工业标准铲形突出部的要求。另一种方式是，接头组件56适于这样连接到一个导体和导线上：将终端部件60退到开口58的较左边一侧，从而使导体或导线能插到开口壁和突出部62之间，然后使突出部62向侧壁移动以使它被夹紧来固定中间的导体。
每个终端部件60还有一对固定臂64，它们适用于接受装在印刷电路板34上的接线柱接头66，而印刷电路板34是固定在外罩部分24上的。终端部件60还有一个连接部68和颈部70。尽管图5所示终端部件60邻近一紧固装置72，在组合起来的接头组件中，方形并有中间开口73的紧固部件72(图10所示)适于使终端突出部62穿过它，从而当紧固部件向左移动时，终端突出部62被紧密地压在邻近的表面或底盘中开口58的侧壁上，如图2所示。紧固装置72被螺丝74紧固，这个螺丝适用于紧靠在接头部分52和54中构成的相应环形表面(见图1)之一。终端突出部62带有机械阻尼手段，如突出部62上形成的锯齿78，它啮合导线并保持住导线，从而在温度调节器被安装时导线不容易被拉出来。在这方面，这是这里所考虑的高电压导线连接能承受UL486E要求的拉力所必须的。对于14AWG的导线，其连接必须能承受11.5磅的拉力，而在终端突出部62上的锯齿使接头组件能通过这一测试。
每个接头部分52和54有一个接头外罩80咬在底部22上并被底部22支持住，该外罩有许多开口82用于接受接线柱66，还有许多侧面开口84用于接受螺栓74把外部导线连到温度调节器接头上。底部有一个较开阔的中间部分86，为在位于外罩部分24内部的印刷电路板上安装体积较大的元件提供了空间。
更具体地说，参考图4，温度自动调节器可以包括继电器88和90以及变压器92。空间86还将接头部分52和54分开，根据本发明的一个重要方面，接头部分之一52与低压电路相连，而接头部分54与高电压电路接头相连。这一点的特别意义在于该温度自动调节器适于装在一个通常的4×4英寸方盒中(图3所示)以用于墙壁安装。如果温度自动调节器20用于控制风扇盘管单元中的那些工作电压为110VAC、208-230VAC或277VAC之一的终端装置，那么只要在所示4英寸方盒中装入一个分隔片95便可使温度自动调节器适用于控制这些装置。利用这种分隔片便可以遵从Underwriter实验室(UL)规格。安装可能希望在温度调节器上附加一个通常的粘贴环96，而削平板98可以用通常的螺丝固定在粘贴环96上。可以提供装饰壁板而且最好设计成能接收底部22，它用二个螺栓102来固定，而外罩部分24能固定到底部上。尽管保持臂64接受接线柱66是以磨擦啮合方式并提供一个保持力，外罩部分24还在其内表面上有许多配合凹槽(图中未面出)，其中有突起104，从而当外罩部分被压到底部上面时外罩部分24便咬住底部22。
如前所述，实施本发明的温度自动调节器适用于低电压装置以及另外三个前面提到的工作电压120伏、208-230伏和277伏。该温度自动调节器也适用于有双管或四管装置的风扇盘管。双管低压安装示于图11，该图一般性地表示所用终端装置和电路的类型而与电压水平无关。在图11的示意图中，所示温度自动调节器20连于风扇盘管单元中的连结盒内的终端条110上，而风扇盘管单元的电路包括风扇马达112和114，它们由继电器116供电，而继电器116遵从于加到三根导线118上的控制信号，这些信号启动继电器中适当的一个以提供高、中、或低风扇速度。导线120上供电，而在输入端有熔断器122。电触点124用于控制辅助电加热器(通常用标号126指示)的使用，这些触点的操作由线128控制。
所示风扇盘管单元有一个风门130以及阀门132用于控制通过风扇盘管的流体流量。风门130由继电器插件134控制，而继电器插件134又由来自温度调节器20的线136控制，阀门由也是来自温度调节器20的线138控制。温度自动调节器可以有一个由线140提供的关闭电路，它可以连到冷凝物过流传感器或结冰保护传感器上。如果发生这些情况之一，可能希望关掉温度自动调节器。线142连到一个(温度)变换传感器，它是一个温度传感器，它向温度自动调节器提供关于风扇盘管的供给管内流体的温度。
现在转到温度自动调节器的操作。当把开关44置于适当位置以使温度自动调节器处于自动操作时，开关42控制风扇和风扇速度变换。开关44控制加热和致冷功能，因而“HEAT(加热)”位置对应于手动加热。当处于手动加热方式时，将不会发生致冷。“COOL(致冷)”设置对应于手动致冷，在这个位置上将不会发生加热。“AUTO(自动)”即由开关44自动设置代表用变换方式自动加热和致冷，在双管系统中由安装在远处的传感器控制这个变换。在四管系统中，微处理器40确定是否应自动变换加热或致冷。开关44的“OFF(断)”位置使风扇盘管和温度自动调节器关掉。在那个位置上所有终端装置如阀门、风门等都进入不供电状态。在风扇盘管中双向阀门通常打开的情况下，“断”对应于使阀门完全打开。当开关44被限定于只是“通”和“断”开关时，温度自动调节器将自动确定加热或致冷，于是没有手动加热或致冷功能。然而，即使开关44处于“断”状态，风扇可能继续工作。
在双管系统中，只使用一个阀门，辅助电加热在双管控制中可以使用。在四管系统安装中使用两个阀门，一个阀门用于致冷控制正向(direct)动作，第二个阀门用于加热而且是逆向动作。温度自动调节器微处理器40将经由变换输入确定将是哪一种操作方式。如果连入一个传感器，则使用双管控制。如果没有连接传感器，则微处理器将工作在四管控制方式。在四管中不使用电加热操作，但在第二加热级加热器起作用。在四管方式中运行外部空气阀门功能。
变换传感器向温度自动调节器指示当前操作状态应该是什么状态，在加热操作状态时使加热阀门动作，但使致冷阀门不动作。反过来，在致冷状态使加热阀门不能动作，但使致冷阀门能动作。当温度最好是超过85°F左右时变换传感器造成一个向致冷的变换，而当温度低于55°F左右时最好发生向加热的转换。当加电时，如果感知的温度在大约55°F和85°F之间时变换的预定状态最好是加热。
最好是使电加热按二步进行，即辅助级和第二级。辅助加热操作的工作温度由设置点表盘温度减去仪表不工作区(死区)温度(根据需要大约为3.6°或大约10°)来确定。当温度处在设置点表盘温度减去仪表不工作区温度再减去额外的大约1.8°F时第二级加热运行。
关于温度控制，当被测温度升高而且超过设定点温度约0.9°F时，温度自动调节器起动致冷序列。温度自动调节器保持致冷状态直至被测温度降低到低于设定点温度约0.9°F。然后温度自动调节器结束致冷状态并进入仪表不工作区状态。加热功能的操作与致冷功能相似，但依赖于风扇盘管的管道系统。在双管系统中只有当变换传感器向微处理器指明存在热水之后温度自动调节器才能进入加热功能。一旦感知了热水的存在，则加热功能象致冷功能那样操作，只是阀门按逆向动作操作。当被测温度低于加热设置点(加热设置点是致冷设置点减去仪表不工作区温度)约0.9°F时，对阀门供给能量(与致冷同一阀门，但以逆向动作)。温度自动调节器保持加热状态，直至被测温度上升到加热设置之上约0.9°F为止。
在四管风扇盘管控制器中不利用变换传感器。温度自动调节器使用被测温度和设定点减不工作区温度二者之差使第二阀门能工作以加热。热空气也必须低于加热点温度约0.9°F。加热阀保持被供电状态直至温度升至加热设定点以上0.9°F左右为止。被测温度将来自装在印刷电路板上的传感器32。当温度自动调节器的微处理器40检测连入了远程返回空气传感器时，它将自动使用远程传感器而不考虑装在PC板上的传感器32。这两个温度最好由微处理器以至少每5秒一次的频率取样。
关于外部空气的风门，在所有的温度自动调节器配置中它都起作用。在所有的风扇盘管中可能连接也可能不连接风门。风门输出端是一个二态输出端。风门最小与最大最好在风门驱动器上机械设定。风门控制有两种操作方式，它们是“IAQ”(进口空气质量)和“保持”。IAQ方式使微处理器迫使在风扇工作过程中总是打开风门。
温度自动调节器有电路实现上述功能，该电路示于图12a和图12b。电路布置在印刷电路板34上。端子1至14示于图2，当外罩部分24与底部22如前述方式相连接时，这些端子分别与图4所示接线柱相连。它们也显示在图12a中的左侧作为端子P1和P14，并在端子标记旁边标明了各自的功能。
端子块有如下端子及伴随的功能：插脚 符号 描述 连接导线类型1 ～ 线路电源 高或低电压AC2 · 线路公共端 高或低电压AC3 H 风扇高速 高或低电压AC4 M 风扇中速 高或低电压AC5 L 风扇低速 高或低电压AC6 01 输出端1 高或低电压AC7 02 输出端2 高或低电压AC8 D 风门输出 低电压DC9 S 通常关闭输入 低电压DC10 G 低电压公共端 低电压DC11 R 返回空气传感器 低电压DC12 C 变换传感器 低电压DC13 H2 第二加热级 低电压DC14 24V 24VAC电源 低电压AC
与端子相连的导线如图所示以T标记表示，这些导线也表现在图12b中并用以表示电连续性或连接性。类似的连续性由导线B0至B21以及REF、-RESET、VCC、V24、GND、RELAY及RLY COM导线等表示，这些对于精通本门工艺的人们而言是众所周知的。
温度自动调节器的工作方式决定于它的检测电路条件，如远程热敏元件的存在和所用跨接片数量等。参考图12a，跨接片150和152决定了温度自动调节器要控制的风扇盘管单元的终端装置的操作电压。当在电路中有跨接片150时，在线154(RLY COM)上的继电器公共线电压为24伏。当跨接片150在电路中而跨接片152不在电路中或被拿掉时，则提供了一个开路电路。如果终端装置是120VAC、208VAC或277VAC，那么跨接片152在电路中而跨接片150被拿掉。
如果温度自动调节器要控制阀门，则跨接片156在电路中。如果希望在自动操作方式期间由微处理器40去控制风扇，则跨接片158在电路中，如果风扇要由开关手动控制而不要由微处理器40控制，则去掉跨接片156和158。对于手动控制风扇速度，开关42已切换到触点160、162和164，它们根据开关位置而闭合，用以选择风扇的高、中或低操作速度。
当在电路中存在跨接片166时，它提供了切换辅助输出给远程继电器。该跨接片用于当壁装温度自动调节器用于控制阀门、风门、和辅助电加热而另一个温度自动调节器安装在设定风扇速度的风扇盘管单元的情况。当风扇盘管单元被安装在一个空间或房间的天花板上时通常会发生这种情况。当跨接片168在电路中时，跨接片168迫使阀门在风扇关掉时被关闭以防止产生湿气。图12a中所示电路的其余部分包括：降低电压检测器(通常由170表示)，它向连到运算放大器174一端上的线172提供一个电压，而且当被检测电压低于大约18伏时它提供一个复位输出信号。
图12b的电路包括微处理器40和继电器88和90。图中左上部分是一些跨接片，包括跨接片176和178用于选择控制阀门作为常开阀门或者常闭阀闭。所提供的跨接片180当在电路中时使温度自动调节器通过控制阀门来控制加热和致冷操作。当使用温度自动调节器控制风扇速度来控制加热和/或致冷时，则去掉跨接片180。为使温度自动调节器按这种方式工作时，温度自动调节器开关42必须置于AUTO也就是“自动”位置。在这种操作方式下风扇将总是以高速运转开始并持续约0.5秒，然后切换到适当的速度状态。
提供了一组触点182用于完成自动检测周期，其做法是在把前述分度盘旋钮26去掉之后使这些触点短接。所提供的跨接片184用于设置在操作过程中要接收的外部空气量。如果是在IAQ方式，该跨接片在位，于是所使用空气的90％左右为外部空气。如果是在“保持”方式，跨接片184被去掉，于是大约60％空气是外部空气。最后一个跨接片186确定仪表不工作区，当它在电路中时为3.6°F，当去掉后为10°F左右。这后一个仪表不工作区值可以用于公共区，例如入口通道或大厅，那里因为是暂时使用的空间，其温度范围可能不特别重要。
电路中包括一个模一数转换器188用于转换模拟量，如来自变换传感器热敏电阻的线190上信号，来自线192上外界温度传感器热敏电阻的信号，来自线194上设置点电位器32的由分度盘旋钮26控制的信号，以及线196上的来自装在印刷电路板34上的温度传感热敏电阻198的信号。位于块200的晶体管和电阻构成一个多路转换器用于选择加到模一数转换器188上的信号之一。当由于电压过低或断电状态造成复位线202为低电平时，微处理器被复位。
由上述可以注意到已经显示和描述了一种改进的温度自动调节器，它有许多人们希望的属性。所设计的温度自动调节器特别地灵活，表现在它能用于多种应用，特别是多种类型的风扇盘管单元都可由该温度自动调节器控制。该温度自动调节器被设计成能控制在大多数风扇盘管单元中存在的那类终端装置，它们能是120、208-230或277VAC装置。本发明的温度自动调节器能够容易地安装在一个通常的4×4英寸方盒上，加一简单的容易安装的分隔片，而且仍然遵从Underwriters实验室(UL)规格。
尽管已展示和描述了本发明的各种实施例，应该理解，可以使用各种替代和等同物。本发明应该只受其权利要求及权利要求的等效说明的限制。
在下述权利要求书中提出了本发明的各种特征。