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Elektrische Schaltungsanordnung zur automatischen Regelung
Den Gegenstand der Erfindung bildet eine Schaltungsanordnung zur fortlaufenden, automatischen
Regelung eines Kennwertes eines elektrischen Stromkreises um einen Ruhezustand herum, wobei die
Richtung der Änderungen dieses Kennwertes von der Phasenlage des regelnden Fehlerzeichens abhängt und die Grösse dieser Änderungen zu dessen Amplitude proportional ist.
Eine Schaltungsanordnung dieser Art kann z. B. bei Tiefbohrungen und in Erdölgruben zur Bestimmung der einzelnen Bodenschichten verwendet werden, falls der elektrische Widerstand des Mediums durch eine laterologe Messsonde gemessen wird. In solchen Fällen soll die Messeinrichtung dafür sorgen, dass von den Messsonden nach benachbarten Schichten mit etwa kleinerem Widerstand kein Strom fliesst.
Der gemessene Kennwert der elektrischen Schaltungsanordnung kann z. B. der Stromwert oder der
Spannungswert sein. Dieser Kennwert ist im allgemeinen im voraus auf einen Ruhezustand eingestellt.
Die Einstellung kann durch die Schaltungselemente gewöhnlich geändert werden, es gibt aber auch Einrichtungen, bei welchen der Wert des einmal eingestellten Ruhezustandes nicht veränderbar ist.
Eine allgemein gebräuchliche Art der Lösung von Regelungsaufgaben solcher Art besteht darin, dass das Fehlerzeichen nach Verstärkung als ein Regelungsfaktor zur Anwendung gelangt.
Ein gemeinsamer Mangel der bekannten Lösungen besteht darin, dass die Verzerrungen des Fehlerzeichens im geregelten System bzw. in den Messleitungen sowie auch die aufgenommenen Störun- gen die Genauigkeit und die Stabilität der Regelung beeinträchtigen bzw. eine Neigung des Systems zu
Selbsterregung hervorrufen. Infolge dieser Erscheinungen wird die Messung unsicher, da es bei der Erfüllung der Aufgaben wichtig ist, dass sich der Ruhewert des geregelten Kennwertes proportional zur Amplitude des Fehlerzeichens und in einer zu seiner Phasenlage entsprechenden Richtung ändert. Es ist auch wichtig, dass durch eventuelle Verzerrung des Fehlerzeichens im geregelten Abschnitt (z. B. an einer entsprechenden Stelle der Bohrung) und in den Messleitungen die Zeichenform des zu regelnden Kennwertes nicht beeinflusst wird.
Die Form des Fehlerzeichens und die des geregelten Zeichens sollen identisch sein, da die Messgeräte auf eine bestimmte Zeichenform geeicht sind.
Die bisher bekannten Schaltungsanordnungen sind kompliziert, bestehen aus vielen Schaltungselementen, was infolge der grossen Anzahl der Fehlerquellen häufig Betriebsstörungen verursacht.
Die Erfindung zielt auf eine Schaltungsanordnung, die aus wenigen Schaltungselementen besteht und dadurch betriebssicherer arbeitet, wobei der Ruhewert des geregelten Kennwertes sich proportional zur Amplitude des regelnden Fehlerzeichens in einer der Phasenlage desselben entsprechenden Richtung ändert und eine eventuelle Verzerrung des Fehlerzeichens im geregelten-Abschnitt oder in den Messleitun- gen die Zeichenform des zu regelnden Kennwertes nicht beeinflusst.
Die Schaltungsanordnung nach der Erfindung löst das Problem indem sie zur vektoriellen Summierung der Fehlerspannung und einer Vergleichsspannung, sowie der Fehlerspannung und einer zur erwähnten Vergleichsspannung im Gegentakt wirkenden zweiten Vergleichsspannung eine Additionsstufe, ferner zur Gleichrichtung der so gewonnenen beiden Summenspannungen und zur Ausgestaltung einer regelnden Differenzgleichspannung aus den durch die Gleichrichtung erhaltenen Gleichspannungen eine DifferenzGleichrichterstufe, schliesslich eine durch die erwähnte Vergleichsspannung gesteuerte Verstärkerstufe umfasst.
Die Zeichnung zeigt beispielsweise eine Ausführungsform der Schaltungsanordnung.
Fig. l zeigt ein Blockschema der Schaltungsanordnung. Fig. 2 stellt schematisch die Schaltungsanordnung dar.
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Ryg, Ryg, Rystromwert Iszo ist UMl = UM2, d. h. der Wert der regelnden Fehlerspannung AU = UMi-UM2 = 0 (Fig. l). Bei Änderung der Widerstandswerte Ry-Ry des Systems tritt der Regelkreis in Funktion und i stellt die Intensität des zu regelnden Ablenkstromes Isz unter Einwirkung der auftretenden Fehlerspan- nung AU U 0 so ein, dass der Fehlerspannungswert wieder AU se O wird.
Eine solche beispielsweise Schaltungsanordnung kann die Aufgabe haben, z. B. bei Tiefbohrungen, bei der Ausgestaltung einer elektrischen Stromkonturkurve in einem Raum mit veränderlichem spezifi- schen Widerstand die bestimmte Form zustandezubringen und selbsttätig aufrechtzuerhalten.
Fig. 2 stellt schematisch die Schaltungsanordnung dar. Die regelnde Fehlerspannung AU steuert über den Abtrennungstransformator Tl die Gitter der Elektronenröhren, zweckmässig Trioden Vi und V2.
Die Trioden bekommen den Steuerstrom über die Begrenzungs-Reihenwiderstände RI bzw. R.. Die
Widerstände R2 und R3 sind Gitterableitwiderstände. Die Kathoden der Trioden Vi und V2 bekommen die mit dem Bezugsstrom Ir phasengleiche Steuerspannung im Gegentakt über den Transformator T2. Dieser
Bezugswert ist im Interesse einer eindeutigen Funktion der Additionsstufe (A) grösser als der grösstmögliche
Wert der Fehlerspannung. R20 und R21 sind Begrenzungswiderstände.
Im Anodenkreis der beiden Röhren tritt eine der algebraischen Summe aus der Vergleichsspannung und der Fehlerspannung proportionale
Spannung auf, da die wirksame Steuerspannung der beiden Trioden jeweils eine algebraische Summe der auf den Kathodenpunkt aufgedrückten Vergleichsspannung und der an die Gitter der Trioden gelegten
Fehlerspannung darstellt.
Aus den von den Anoden der Trioden Vi und V2 über Kondensatoren Cl und C2 abgeleiteten Wech-
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Arbeitswiderstände für die Anoden der Trioden. Der Wert der bei den Widerständen Rg und RIO auftretenden und durch die Kondensatoren C3, C4 und C5 gefilterten Gleichspannungen ist proportional zur Amplitude der Spannung der an den Eingangsklemmen auftretenden Fehlerspannung.
Ru und Rg sind Erdungswiderstände. Die Ruhevorspannung E wird in den gemeinsamen Fusspunkt der Widerstände Rg und Rio eingeleitet und dient zur Einstellung des richtigen Arbeitspunktes der nächsten Stufe. Die durch den Kondensator C6 gefilterte, am Ausgang auftretende Gleichspannung ändert sich um den Vorspannungswert des Ruhezustandes herum proportional zur Amplitude der Fehlerspannung in der der Phasenlage desselben entsprechenden Richtung. Falls nämlich die beiden, über die Kondensatoren Cl und C2 zur Differenz-Gleichrichterstufe (B) geleiteten Summenspannungen mit UI und U2 bezeichnet werden, so ergibt sich für den Wert der Ausgangsregelgleichspannung
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Ril und R12 sind die Arbeitswiderstände der Dioden.
Die Regelgleichspannung liefert für die Triode V 5 der Triodenheptode die Steuerspannung. Das
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versorgt.
Der mit dem Bezugsstrom Ir gleichgestaltete Strom wird über Kondensator C7 ins Hilfsgitter der
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geleiteten Wechselspannung mit der Bezugszeichenform identisch ist und seine Amplitude sich um einen Ruhewert Uo herum proportional zur Amplitude der Fehlerspannung und in einer Richtung entsprechend der Phasenlage desselben ändert, wobei die Fehlerspannung im geschlossenen System, entsprechend der grossen Regelsteilheit des Systems, praktisch auf 0 gehalten wird.
Die Schaltungsanordnung nach der Erfindung weist folgende vorteilhafte Eigenschaften auf :
Die Ausgangszeichenform des geregelten Kennwertes wird durch die Vergleichsspannungsform bestimmt, und ist somit von Verzerrungen der Fehlerspannung unabhängig.
Zufolge des summen-bzw. differenzbildenden Charakters der Schaltung und infolge entsprechender Wahl der Zeitkonstante des Gleichrichterkreises, d. h. der Werte der Kondensatoren C3 - C5 beeinflussen die auf die regelnde Fehlerspannung überlagerten, in das oberharmonische Frequenzband fallenden Störungen den Wert der regelnden Gleichspannung nicht.
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Die Erfindung ist nicht an die im Schaltschema dargestellten Schaltelemente gebunden. Bei der An- wendung anderer Elemente mit gleicher Wirkung und Arbeitsweise wird der Schutzumfang der Erfindung nicht übertreten.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Schaltungsanordnung zur automatischen Regelung des geregelten Kennwertes eines elektrischen
Stromkreises um einen Ruhezustand herum, dadurch gekennzeichnet, dass zur vektoriellen Summierung der Fehlerspannung und einer Vergleichsspannung, sowie der Fehlerspannung und einer zur erwähnten Vergleichsspannung im Gegentakt wirkenden zweiten Vergleichsspannung eine Additionsstufe (A), fer- ner zur Gleichrichtung der so gewonnenen Summenspannungen und zur Ausgestaltung einer regelnden
Differenzgleichspannung aus den durch die Gleichrichtung erhaltenen Gleichspannungen eine Differenz-
Gleichrichterstufe (B) schliesslich eine durch die erwähnte Vergleichsspannung gesteuerte Verstärkerstu- fe (C) vorgesehen sind.