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Steueranordnung für einen Zweipunktregler, insbesondere für einen Temperaturregler
Die Erfindung betrifft eine Steueranordnung für einen Zweipunktregler, insbesondere für einen
Temperaturregler, bestehend aus einem Soll-Istwert- Vergleicher und einem Rechteckoszillator und einem diesen nachgeschalteten Kippverstärker. Solche Steueranordnungen werden in weiten Bereichen der Technik verwendet. Sie arbeiten derart, dass der Sollwertgeber und der Istwertgeber an den
Schwellwertgeber Werte übernimmt, mittels welcher dieser einen Schalter steuert, der die Anlage so regelt, dass der Istwert dem Sollwert angenähert wird.
Ein Nachteil bekannter Anlagen liegt darin, dass der Schwellwertgeber in Abhängigkeit davon, wie sich der Istwertgeber an den Sollwert annähert, bei unterschiedlichen Werten anspricht. Dies hat zur
Folge, dass der Istwert um den Sollwert in unerwünschter Weise stark schwankt. Weitere Schwankungen des Istwertes um den Sollwert sind darin begründet, dass der Istwertgeber von dem zu steuernden Element räumlich getrennt ist und somit die Anzeige des Istwertgebers gegenüber den beim gesteuerten Element auftretenden Verhältnissen nacheilt.
Die obigen Nachteile sind nachstehend an einem Beispiel näher erläutert : Verwendet man in einer Regelschaltung für eine Kesselheizung als Schwellwertgeber beispielsweise einen Messtrigger und wird die im Kessel auftretende Wärme durch ein Thermoelement als Istwertgeber in einen entsprechenden elektrischen Wert umgesetzt, der einem Eingang des Messtriggers zugeführt wird, so schaltet dieser bei einem bestimmten Temperaturwert des Heizkessels, dem z. B. ein Potential zugeordnet ist, das Relais, das die Heizquelle abschaltet. Infolge der oben erwähnten räumlichen Trennung des Istwertgebers von der Heizquelle steigt die Temperatur im Heizkessel noch geringfÜgig über den Wert an, bei dem der Messtrigger die Ausschaltung der Heizquelle bewirkt hat und sinkt daraufhin wieder ab.
Der Messtrigger schaltet nunmehr jedoch nicht wieder bei dem Wert, bei dem die Ausschaltung der Heizquelle vorgenommen wurde, diese wieder ein, sondern die Temperatur und das entsprechende Potential sinkt auf einen Wert ab, der unterhalb des ersten Ansprechwertes des Messtriggers liegt. Sobald der Istwertgeber ein Potential an den Messtrigger abgibt, der dessen zweitem Ansprechwert entspricht, schaltet dieser wieder das Relais, das seinerseits die Heizquelle anschaltet. Daraufhin sinkt die Temperatur im Heizkessel noch geringfügig unter diesen Wert und steigt schliesslich wieder zu dem Temperaturwert an, dessen entsprechendes Potential den ersten Ansprechwert des Messtriggers darstellt, worauf sich der oben geschilderte Vorgang wiederholt.
Es zeigt sich also, dass die Temperatur im Heizkessel in weiten Grenzen, die insbesondere durch die unterschiedlichen Ansprechwerte im Messtrigger, aber auch durch die Wärmeträgheit des Systems bestimmt sind, schwankt.
Ein Zweipunktregler mit konstanter Taktfrequenz ist z. B. aus der Schweizer Patentschrift Nr. 395255 bekanntgeworden. Hier erscheint die Regelabweichung ihrer Grösse nach in positiver oder negativer Richtung an einem Gegentaktverstärker. Nach der Erfindung soll hingegen diese weitgehende Hysteresis des Zweipunktreglers stark herabgesetzt werden. Dies wird bei einer Steueranordnung der
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eingangs erwähnten Art dadurch erzielt, dass der Eingang des Kippverstärkers aus der Serienschaltung des Spannungsvergleichers mit dem Ausgang des Rechteckoszillators besteht, durch dessen der Regelabweichung überlagerte Steuerimpulse der Kippverstärker in die Einschaltlage steuerbar ist.
Vorzugsweise sind der Istwertgeber, der Sollwertgeber und der Schwellwertgeber in Serie geschaltet und es liegt der Ausgang des Impulsgenerators in Serie zum Istwertgeber und Sollwertgeber bzw. direkt an einem Steuereingang des Schwellwertgebers.
Der Schwellwertgeber kann als an sich bekannter Messtrigger, der Istwertgeber als wärme-, lichtoder spannungsempfindlicher Widerstand ausgebildet sein. So kann als Istwertgeber ein NTC-Widerstand und als Sollwertgeber ein Potentiometer vorgesehen sein.
Vorzugsweise steuert der Schwellwertgeber ein Relais und ist der Rechteckoszillator als Rechteckimpulsgenerator ausgebildet, wobei das Einstellverhältnis der Impulsbreiten mit 20 : 1 bestimmt ist.
Die Anordnung der Erfindung ist nachstehend an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Schaltbildes näher erläutert. Darin ist ein Regelkreis dargestellt, der eine Spannungsquelle U enthält,
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an ein Relais --5-- gelegt ist, das die zur Regelung notwendigen Umschaltungen vornimmt.
Die Versorgungsspannungen des Messtriggers --3-- und des Verstärkers --4-- sowie des Impulsgenerators-6-sind in der Zeichnung nicht dargestellt. Da der Eingang des Messtriggers - galvanisch mit der Versorgung des Null-Potentials verbunden ist, bestehen hier immer konstante Verhältnisse. Es kann jedoch auch, wie in der Zeichnung dargestellt, das Null-Potential zum Potentiometer --2-- gesondert herangebracht werden. Die Dimensionierung des Widerstandes --1-und des Potentiometers --2-- ist in diesem Fall gesondert abzustimmen.
Die Wirkungsweise dieser geschilderten Schaltanordnung ist wie folgt : Der Wärmefühler der den Istwertgeber darstellt, ist als NTC-Widerstand ausgebildet und weist somit eine fallende Kennlinie auf. Nimmt die Temperatur der zu steuernden Anordnung, z. B. eines Heizkessels, zu, so nimmt dessen Widerstand ab. Durch das Potentiometer-2-, das einen Sollwertgeber darstellt, wird
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gewünschter Weise geregelt werden kann.
Sinkt daraufhin die Temperatur im Heizkessel ab, so steigt der Widerstand des Wärmefühlers - an, sinkt somit die dem Messtrigger --3-- zugeführte Spannung bis zu einem zweiten Ansprechwert ab, wodurch das Relais --5-- wieder umgeschaltet wird und die Heizquelle einschaltet.
Es treten dabei also, wie einleitend angegeben, starke Temperaturschwankungen auf, die vor allem durch die beiden unterschiedlichen Ansprechwerte des Messtriggers bedingt sind. Es sei darauf hingewiesen, dass es nur unter grösstem Aufwand möglich ist, die beiden Ansprechwerte des Messtriggers einander so weit anzunähern, dass schon geringfügige Schwankungen des anliegenden Potentials und somit im gegebenen Beispiel des Temperaturwertes die Umschaltung des Relais bewirken.
Dies wird nun durch die Regelanordnung nach der Erfindung dadurch vermieden, dass an den Eingang des Messtriggers --3-- periodisch Impulse angelegt werden, die den Eingang des Messtriggers --3-- auf eine Spannung unterhalb des zweiten Ansprechwertes desselben legen. Dazu ist der Eingang des Wärmefuhlers-l-mit dem Ausgang eines Impulsgenerators-6-verbunden. Es sei darauf hingewiesen, dass dieser Impulsgenerator-6--, z. B. wie in der Zeichnung angedeutet ist, anderseits auch direkt an den Eingang des Messtriggers-3-geschaltet werden kann. Dieser Impulsgenerator - -6-- gibt z, B, alle 20 sec einen Impuls ab, der die Spannung am Eingang des Messtriggers --3-auf einen Wert unterhalb des zweiten Ansprechwertes absinken lässt.
Dadurch wird erzielt, dass die von dem Wärmefuhler-l--und dem Potentiometer-2abgegebene Spannung nicht erst auf den zweiten Ansprechwert des Messtriggers-3-absinken braucht, um eine Einschaltung des Relais--5-zu bewirken, da diese Schaltung periodisch durch die Impulse bewirkt wird. Sobald der Wärmefühler --1-- wieder eine Spannung abgibt, die dem ersten Ansprechwert des Messtriggers --3-- entspricht, schaltet dieser das Relais --5-- wieder aus, Dies bedeutet, dass der Istwert periodisch mit dem ersten Ansprechwert des Messtriggers-3-verglichen wird, wodurch nur geringfügige Temperaturschwankungen um den Sollwert auftreten.
Wie an einem Ausfiihrungsbeispiel gemessen wurde, konnten durch einfaches Anschalten eines
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Impulsgebers bei gleichbleibender sonstiger Schaltung die Regelschwankungen auf 1/7 bis 1/10 des bisherigen Wertes herabgesetzt werden.
Ergänzend sei noch darauf hingewiesen, dass als Sollwertgeber, Istwertgeber und Messtrigger beliebige Schaltelemente Verwendung finden können. So ist es z. B. denkbar, als Istwertgeber einen lichtempfindlichen Widerstand und als Sollwertgeber auch spannungs-oder wärmeempfindliche Widerstände vorzusehen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Steueranordnung für einen Zweipunktregler, insbesondere für einen Temperaturregler,
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