Einrichtung zur elektrischen Fernübertragung einer Zustandsgrösse. Gegenstand vorliegender Erfindung ist eine Einrichtung zur elektrischen Fernüber tragung einer Zustandsgrösse zum Zwecke der Regulierung, Fernsteuerung und Fern anzeige, mit einem ein Empfangsorgan be herrschenden, von mindestens einem Geber organ beeinflussten Differentialsteuergerät.
Es sind bereits zahlreiche Einrichtungen und Schaltungen zu den genannten Zwecken bekannt geworden. So werden z. B. die soge nannten. Brückenschaltungen verwendet, wel che im Diagonalkreis ein empfindliches Steuerrelais aufweisen, das eine bestimmte Beziehung zwischen den Widerständen einer Brücke aufrecht zu erhalten hat. Diese Schal tung kann eine verhältnismässig geringe Empfindlichkeit aufweisen und befriedigt meist nur bei Speisung mit Gleichstrom. Andere Schaltungen, die Abarten von Brückenschaltungen sind, gestatten nicht, eine lineare Beziehung zwischen zwei Grössen über einen weite. Bereich aufrecht zu erhalten.
Bei andern bekannten Einrichtungen wird zur Regulierung einer Grösse in Ab hängigkeit einer andern ein Differential steuergerät von zwei Strömen beeinflusst, welche durch mit den Erregerspulen des Ge rätes in Serie geschaltete Widerstandsregler verändert werden. Die Schaltung kann so ge troffen sein, dass auf konstantes Stromver hältnis reguliert wird, die Ströme aber be deutenden Schwankungen unterworfen sind. Dies führt zu wesentlichen Schwankungen der Empfindlichkeit über den Regulier bereich und gestattet auch nicht, eine lineare Regulierung über einen grösseren Bereich aufrecht zu erhalten.
Um diese Mängel zu beseitigen, wurde auch vorgeschlagen, eine Spule des Kompensationsgerätes an Span nung zu legen und die andere mittels in Serie geschalteter Widerstandsregler auf konstan ten Strom zu regulieren. Obwohl hierdurch eine Verbesserung erzielt wurde, haftet die ser Einrichtung, ebenso wie der vorerwähn ten, der Nachteil an, dass die Übergangs widerstände an den Schleifkontakten die Reguliergenauigkeit beeinflussen.
Schliesslich sei noch erwähnt, dass es be kannt ist, Zustände irgendwelcher Art durch Veränderung des Stromverhältnisses in einem Kreuzspulinstrument mittels einer Potentio- meterschaltung fernzumelden oder anzu zeigen.
Die Einrichtun-- gemäss vorliegender Er findung unterscheidet sich von diesen be kannten Lösungen dadurch, dass das Diffe- rentialsteuergerät zwei Erregerspulen auf weist, welche je in einen Leiter eines Lei tungspaares eingeschaltet sind, dessen beide Enden über mindestens ein von einem dieser Organe verstelltes Potentiometer miteinander verbunden sind, während die Schleifkontakte der Potentiometer an eine Stromquelle ange- schlossel. sind.
Die vorliegende erfindungsgemässe Ein richtung ermöglicht, die genannten Nach teile bekannter Einrichtungen zu vermeiden. Sie oestattet, eine lineare Beziehung zwi schen zwei Grössen über einen weiteren Be reich aufrecht zu erhalten unter Beibehal tung konstanter und hoher Regulierempfind lichkeit und arbeitet in weiten Grenzen un abhängig von Übergangswiderständen der Schleifkontakte und Widerstände der Ver bindungsleitungen.
Die Einrichtung kann dazu dienen, eine Grösse in Abhängigkeit einer andern zu regu lieren, wobei normalerweise eine lineare Ab hängigkeit über einen grösseren Bereich ver langt wird, oder es kann ein Zustand, z. B. die Höhe eines Wasserniveaus ferngemeldet oder -angezeigt -,werden. Sie kann aber auch dazu dienen, eine Grösse auf einen bestimmten ().egebenen @NVert einzure--ulieren, wobei das Regulierorgan mit R.üchfizhrung versehen sein kann,
\ damit die Verstellung des Regu- lierorganes zur Vermeidung von Überregu lierungen dem Empfangsorgau entgegen wirkt.
Auf der beiliegenden Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungs gegenstandes schematisch dargestellt.
Fig. 1 zeigt eine Reoniliereinrichtung, bei welcher eine Zustandsgrösse, und zwar die Temperatur eines beheizten Raumes, durch ein Regulierorgan mit Rückführung auf einen vorbestimmten Wert einreguliert wird.
Fig. 2 zeigt eine Reguliereinrichtung, bei welcher eine Grösse durch ein Regulierorgan mit Rückführung in Abhängigkeit einer andern Grösse reguliert wird.
In Fig. 1 bedeutet a ein von der Raum- teinperatur beeinflusstes Geberorgan mit Aus dehnungsrohr 1. und am untern Ende be festigtem Cbertragungsstab 2, dem im Punkt 3 schwenkbar gelagerten und im Punkt 4 gelenkartig mit dem Stab 2! verbun denen Kontaktarm 5, der auf dem Potentio- meterwiderstand 6 gleitet.
b ist ein Diffe- rentia-lrelais (Steuergerät) mit im Punkte 10 schwenkbar gelagertem Magnetanker 7, Er regerspulen 8 und 9, an dem Anker befestigter Kontaktzunge 11 sowie den Umschaltkon takten 7.2 und 13.
c, ist das Regulierorgan mit einem ein Empfangsorgan darstellenden Um kehrmotor 14, der die Erregerwicklungen 15 und 1.6 besitzt, dem das Heizmittel steuern den Regulierventil 17 und dem Rückführ- Potentiometerwiderstand 18, auf welchem ein auf der Achse 19 isoliert befestigter Kon- taktarin 20 gleitet.
Die Potentiometerwiderstände 6 und 18 sind an die Enden des Leitungspaares 21123, 22/24 angeschlossen, während die Kontakt arme oder Schleifkontakte 5 und 20 über Leitungen 25 bezw. <B>2</B>6 an die Stromquelle 27a, 271) angeschlossen sind. Der Umkehr motor ist über die Leitungen 28, 29 mit der selben Stromquelle verbunden.
Die Wirkungsweise dieser RegiiIierein- richtung ist die folgende: das Differential relais b befindet sich in der Gleichgewiehts- lage, wenn die Ströme in den beiden Erreger- spulen 8 und 9 gleich gross sind. Die Kon taktzunge 11 berührt hierbei keinen der Kontakte 12 oder 13. Das Verhältnis der bei den Ströme ergibt sich durch die Stellung der Kontaktbürsten 5 und 20.
Die Kontakt bürste 5 wird in Abhängigkeit der Raum temperatur auf und ab bewegt, während die Stellung der Kontaktbürste 20 vom Off nungsgrad des Ventils 17 abhängt. Sinkt zum Beispiel die Raumtemperatur unter den Sollwert, so wird die Bürste 5 nach oben be wegt, und der Strom in der Erregerspule 8 nimmt zu, während derjenige in der Spule 9 abnimmt.
Infolgedessen wird der Magnet anker 7 im Gegenuhrzeigersinn geschwenkt und Kontakt zwischen 11 und 12 hergestellt, wodurch der Motor 14 über die Wicklung 15 Strom erhält und das Ventil 17 mehr geöffnet wird (die Bürste 20 dreht im Gegenuhrzeigersinn). Mit der Verdrehung der Ventilspindel 19 wird auch die Kontakt bürste 20 verstellt, und zwar so lange, bis das Gleichgewicht der Ströme in den Spulen 8 und 9 wieder hergestellt ist, worauf das Regulierorgan zur Ruhe kommt. Das Poten- tiometer 18, wirkt also im Sinne einer Rück führung.
Steigt die Raumtemperatur über den Sollwert, so wird die Kontaktbürste 5 nach unten bewegt und der Magnetanker 7 wird .im Uhrzeigersinne geschwenkt, so dass Kontakt zwischen 11 und 13 entsteht und das Ventil 17 im Schliesssinne bewegt wird, bis infolge Verstellung des Kontaktarmes 20 wieder das. Gleichgewicht der Ströme herge stellt wird.
Die Einrichtung nach Fig. 2 weist ausser den in Fig. 1 dargestellten und beschrie benen. Elementen 1 bis 30 noch weitere Ele mente auf, nämlich; Ein zweites von der Aussentemperatur beeinflusstes Geberorgan d, bestehend aus dem Ausdehnungsrohr 31 mit am untern Ende befestigten; Übertragungs stab 32, dem um den Punkt 313 drehbar ge= lagerten und im Punkt 34 gelenkartig mit dem Stab 32 verbundenen Kontaktarm 35, welcher auf dem Potentiometerwiderstand 36 schleift.
Das Potentiometer selbst ist über Leitungen 37, 3,8 zum Potentiometer 18 par allelgeschaltet, während die Kontaktbürste 35 über die Leitung 39 mit der Stromquelle verbunden ist. Im weiteren weist die Einrich tung nach Fig. 2 einen zu Potentiometer- widerstand 6 parallelgeschalteten regulier baren. Rheostat 40 auf.
Die Einrichtung nach Fig. 2 dient eben falls dazu, eine Raumtemperatur durch Steuerung des Heizmittels zu regulieren. In diesem Falle wirkt jedoch nicht die Raum- temperatur selbst auf das Steuerorgan a ein, sondern die Temperatur des $eizmittels, z. B. diejenige des Heizwassers im Vorlauf einer Zentralheizungsanlage, wobei diese Tempe ratur mittels eines zweiten; Steuerorganes d in Abhängigkeit der Aussentemperatur regu liert wird.
Diese Einrichtung muss also nicht auf einen bestimmten Wert regulieren, wie in Fig. 1, sondern auf einen veränderlichen, von der Aussentemperatur abhängigen Wert. Dies wird erreicht, indem das Verhältnis der Ströme in den beiden Spulen 8 und 9 von einem weiteren, von der Aussentemperatur beeinflussten Potentiometer 35, 36 abhängig gemacht wird. Sinkt zum Beispiel die Aussen temperatur, so bewegt sich die Kontaktbürste 35 nach oben, der Strom in der Spule 8 nimmt zu und schwenkt den Anker 7 im Gegenuhrzeigersinn, so dass die Motorwick lung 15 Strom erhält und das Ventil 17 mehr geöffnet wird,
bis das Gleichgewicht der Ströme infolge Verdrehens der Kontakt bürste 20 wieder hergestellt ist. Durch die vergrösserte Ventilöffnung steigt die Tempe ratur des Heizmittels und die Kontaktbürste 5 wird nach unten bewegt, so dass der Ma gnetanker neuerdings, jedoch im umgekehr ten Sinne, aus dem Gleichgewicht kommt. Dies hat eine teilweise Rückbewegung des Ventils gegen die ursprüngliche Lage zur Folge, bis der Heizmittelstrom eine, der ver änderten Aussentemperatur entsprechende Heizmitteltemperatur ergibt.
Für diesen Zweck wird mit Vorteil ein Beimischventil verwendet, das kälteres Rücklaufwasser einer Zentralheizung dem Vorlauf beimischt.
Um die einer bestimmten Änderung der Aussentemperatur entsprechende Änderung der Heizmitteltemperatur regulierbar zu machen, ist bei der Einrichtung nach Fig. 2 dem Potentiometerwiderstand 6 ein einstell barer Rheostat 40 parallelgeschaltet. Da durch ist es also möglich, die Beziehung zwischen einer veränderlichen Grösse (in die sem Fall der Aussentemperatur) und einer abhängig veränderlichen Grösse (im vorlie genden Fall der Heizmitteltemperatur) ein stellbar zu machen. Weitere Abgleichmittel sind nicht eingezeichnet.
Hierzu können wahlweise in die eine oder andere Leitung Regulierwiderstände eingebaut werden.
Bei der Einrichtung nach Fig. ? kann natürlich auch ohne Rüekführpotentiometer 18, 20 gearbeitet werden. An Stelle dieses Potentiometers könnte aber auch ein von dem Regulierorgan verstellter Rheostat in Serie mit der einen oder andern Erregerspule des Differentialrelais geschaltet sein.
Die Schaltung gemäss Fig. 1 lässt sieh grundsätzlich auch zur Fernanzeige von Zustandsgrössen, z. B. Klappenstellungen, Flüssigkeitsständen, Temperaturen usw. ver wenden. Zu diesem Zwecke tritt an Stelle des Ventils 17 ein von der Achse 19- angetriebe ner Zeiger. So, könnte zum Beispiel im Falle von Fig. 1 die das Steuerorgan a beeinflus sende Raumtemperatur auf praktisch belie bige Entfernung ferngemessen und -ange zeigt werden. Der Motor 14 als Emfangs- organ im Anzeigeinstrument erlaubt, ein grosses Drehmoment zu erhalten und damit Druckwerke, Kontakte usw. zu betätigen.
Die Einrichtungen gemäss Fig. 1 und 2 arbeiten in weiten. Grenzen unabhängig von dem Übergangswiderstand an den Kontakt bürsten der Potentiometer, da das Strom verhältnis in den beiden Erregerspulen des Differentialsteuergerätes hiervon nicht be einflusst wird. Sie arbeiten aber auch in weitem Bereich unabhängig von dem Wider stand der Verbindungsleitungen zwischen Steuer- und Regulierorgan, bezw. zwischen Geber- und Empfangsorgan, was bei grosser Entfernung von wesentlicher Bedeutung ist.
Die Einrichtung arbeitet im weiteren linear über einen grossen Bereich der die Poten- tiometer beeinflussenden Grössen und eist auch eine hohe und gleichmässige Regulier empfindlichkeit auf.
Die beschriebenen Einrichtungen lassen sich grundsätzlich zur Regulierung, Fern steuerung oder Fernanzeige irgendwelcher physikalischer Grössen oder Zustände ver wenden, wie zum Beispiel Temperatur, Druck, Feuchtigkeit, Geschwindigkeit, Weg, Leistung, Spannung usw.
Device for electrical remote transmission of a state variable. The present invention is a device for electrical remote transmission of a state variable for the purpose of regulation, remote control and remote display, with a receiving organ be dominant, influenced by at least one transmitter organ differential control device.
Numerous devices and circuits for the purposes mentioned have already become known. So z. B. called the so-called. Bridge circuits are used which have a sensitive control relay in the diagonal circle, which has to maintain a certain relationship between the resistances of a bridge. This scarf device can have a relatively low sensitivity and is usually only satisfactory when supplied with direct current. Other circuits that are variations of bridge circuits do not allow a linear relationship between two quantities over a wide area. Maintain area.
In other known devices, a differential control device is influenced by two currents, which are changed by resistance regulators connected in series with the excitation coils of the device, to regulate one size in dependence on another. The circuit can be made in such a way that it is regulated to a constant current ratio, but the currents are subject to significant fluctuations. This leads to significant fluctuations in the sensitivity over the regulation range and does not allow a linear regulation to be maintained over a larger range.
In order to eliminate these shortcomings, it has also been proposed to put a coil of the compensation device on tension and to regulate the other by means of series-connected resistance regulators to constant current. Although this has resulted in an improvement, this device, like the one previously mentioned, has the disadvantage that the transition resistances on the sliding contacts affect the regulation accuracy.
Finally, it should also be mentioned that it is known to remotely report or display states of any kind by changing the current ratio in a cross-coil instrument by means of a potentiometer circuit.
The device according to the present invention differs from these known solutions in that the differential control device has two excitation coils, which are each switched into a conductor of a pair of lines, the two ends of which are adjusted by at least one potentiometer adjusted by one of these organs are connected to one another, while the sliding contacts of the potentiometers are connected to a power source. are.
The present inventive device makes it possible to avoid the aforementioned parts of known devices. It enables a linear relationship between two variables to be maintained over a wider range while maintaining a constant and high level of control sensitivity and works within wide limits independently of the transition resistance of the sliding contacts and the resistance of the connecting lines.
The device can be used to regulate one size depending on another, usually a linear dependence from ver is required over a larger area, or it can be a state such. B. remotely reported or displayed the height of a water level - are. However, it can also serve to set a variable to a certain () .given @NVert, whereby the regulating element can be provided with a readjustment,
\ so that the adjustment of the regulating organ to avoid overregulation counteracts the receiving organ.
In the accompanying drawings, two embodiments of the subject invention are shown schematically.
Fig. 1 shows a reonilization device in which a state variable, namely the temperature of a heated room, is regulated by a regulating element with feedback to a predetermined value.
Fig. 2 shows a regulating device in which one variable is regulated by a regulating member with return as a function of another variable.
In Fig. 1, a means a sensor element influenced by the room temperature with expansion tube 1. and at the lower end be fastened transmission rod 2, which is pivotably mounted at point 3 and articulated to rod 2 at point 4! verbun those contact arm 5, which slides on the potentiometer resistor 6.
b is a differential relay (control device) with magnet armature 7 pivotably mounted at point 10, control coils 8 and 9, contact tongue 11 fastened to the armature and switch contacts 7.2 and 13.
c, is the regulating member with a receiving member representing a reversing motor 14, which has the excitation windings 15 and 1.6, which the heating means control the regulating valve 17 and the return potentiometer resistance 18, on which a contactor 20 slides isolated on the axis 19 .
The potentiometer resistors 6 and 18 are connected to the ends of the line pair 21123, 22/24, while the contact poor or sliding contacts 5 and 20 respectively via lines 25. <B> 2 </B> 6 are connected to the power source 27a, 271). The reversing motor is connected to the same power source via lines 28, 29.
The mode of operation of this regulating device is as follows: the differential relay b is in the equilibrium position when the currents in the two excitation coils 8 and 9 are equal. The contact tongue 11 does not touch any of the contacts 12 or 13. The ratio of the currents results from the position of the contact brushes 5 and 20.
The contact brush 5 is moved up and down as a function of the room temperature, while the position of the contact brush 20 depends on the degree of opening of the valve 17. For example, if the room temperature falls below the setpoint value, the brush 5 is moved upwards and the current in the excitation coil 8 increases, while that in the coil 9 decreases.
As a result, the magnetic armature 7 is pivoted counterclockwise and contact is made between 11 and 12, whereby the motor 14 receives power through the winding 15 and the valve 17 is opened more (the brush 20 rotates counterclockwise). With the rotation of the valve spindle 19, the contact brush 20 is adjusted, until the balance of the currents in the coils 8 and 9 is restored, whereupon the regulating member comes to rest. The potentiometer 18 thus acts in the sense of a feedback.
If the room temperature rises above the setpoint, the contact brush 5 is moved downwards and the magnet armature 7 is swiveled clockwise so that contact is made between 11 and 13 and the valve 17 is moved in the closing direction until, as a result of the adjustment of the contact arm 20, the Balance of currents is established.
The device according to FIG. 2 has besides those shown in FIG. 1 and described enclosed. Elements 1 to 30 even more ele ments, namely; A second sensor element d, influenced by the outside temperature, consisting of the expansion pipe 31 with attached to the lower end; Transmission rod 32, the contact arm 35 rotatably mounted around point 313 and articulated to rod 32 at point 34, which slides on potentiometer resistor 36.
The potentiometer itself is connected in par allel via lines 37, 3.8 to the potentiometer 18, while the contact brush 35 is connected via line 39 to the power source. Furthermore, the device according to FIG. 2 has a regulatable bar connected in parallel with the potentiometer resistor 6. Rheostat 40 on.
The device according to FIG. 2 is also used if to regulate a room temperature by controlling the heating means. In this case, however, it is not the room temperature itself that acts on the control element a, but the temperature of the pickling agent, e.g. B. that of the heating water in the flow of a central heating system, this tempe temperature by means of a second; Controller d is regulated as a function of the outside temperature.
This device does not have to regulate to a specific value, as in FIG. 1, but to a variable value that is dependent on the outside temperature. This is achieved in that the ratio of the currents in the two coils 8 and 9 is made dependent on a further potentiometer 35, 36 which is influenced by the outside temperature. If, for example, the outside temperature drops, the contact brush 35 moves upwards, the current in the coil 8 increases and pivots the armature 7 counterclockwise so that the motor winding 15 receives current and the valve 17 is opened more,
until the equilibrium of the currents as a result of rotating the contact brush 20 is restored. As a result of the enlarged valve opening, the temperature of the heating medium rises and the contact brush 5 is moved downwards, so that the magnet tanker has recently become unbalanced, albeit in the opposite direction. This results in a partial return movement of the valve towards the original position until the heating medium flow results in a heating medium temperature corresponding to the changed outside temperature.
For this purpose, an admixing valve is advantageously used, which mixes colder return water from a central heating system with the flow.
In order to make the change in the heating medium temperature corresponding to a certain change in the outside temperature adjustable, an adjustable rheostat 40 is connected in parallel to the potentiometer resistor 6 in the device according to FIG. As a result, it is possible to make the relationship between a variable variable (in this case the outside temperature) and a dependent variable variable (in the present case the heating medium temperature) adjustable. Further adjustment means are not shown.
For this purpose, regulating resistors can optionally be built into one or the other line.
With the device according to Fig.? can of course also be used without a return potentiometer 18, 20. Instead of this potentiometer, however, a rheostat adjusted by the regulating element could also be connected in series with one or the other excitation coil of the differential relay.
The circuit according to FIG. 1 can basically also be used to remotely display state variables, e.g. B. flap positions, fluid levels, temperatures, etc. use ver. For this purpose, instead of valve 17, a pointer driven by axis 19 occurs. For example, in the case of FIG. 1, the room temperature influencing the control element a could be remotely measured and shown at practically any distance. The motor 14 as a receiving organ in the display instrument allows a high torque to be obtained and thus printing mechanisms, contacts, etc. to be operated.
The devices according to FIGS. 1 and 2 work widely. The potentiometer brushes the limits regardless of the contact resistance at the contact, since this does not affect the current ratio in the two excitation coils of the differential control unit. But they also work in a wide range regardless of the opposing position of the connecting lines between the control and regulating members, respectively. between donor and receiving organ, which is of great importance when the distance is great.
The device also works linearly over a large range of the variables influencing the potentiometer and also has a high and uniform control sensitivity.
The devices described can basically be used for regulation, remote control or remote display of any physical quantities or states, such as temperature, pressure, humidity, speed, distance, power, voltage, etc.