Verfahren und Einriehtung zur elektrischen Verstellung eines Organes in Abhängigkeit von einer Funktion mehrerer physikalischer Grössen. In der Technik bestehen zahlreiche Regel und Messprobleme, bei denen es sich darum handelt, das Produkt oder den Quotienten zweier oder mehrerer Grössen, zum Beispiel Temperatur und Menge, einer Flüssigkeit zu regulieren bezw. konstant zu halten oder anzuzeigen.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur elektrischen Verstellung eines Organes in Abhängigkeit von einer Funktion mehrerer physikalischer Grössen, welches ge stattet, unter andern auch die genannten Pro bleme zu lösen.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist da durch gekennzeichnet, dass elektrische, von diesen Grössen abhängige Widerstände ver wendet werden, um mindestens ein Differen- tial-Kompensationsgerät zu beeinflussen, wel ches mindestens einen das Organ verstellen den Antrieb steuert, wobei mindestens einer der elektrischen Widerstände proportional dem Logarithmus einer der physikalischen Grössen ist. DieErfindung betrifft fernem eineEinrich- tung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Dieselbe zeichnet sich erfindungsgemäss da durch aus, dass ein Differential-Kompen- sationsgerät zwei Erregerkreise aufweist, von denen mindestens der eine von physikalischen Grössen beeinflusste, unter sich in Reihe ge schaltete Widerstände aufweist, und dass das Kompensationsgerät Steuerkontakte betätigt, welche einen, das Organ verstellenden Um kehrantrieb so lange steuern, bis das Gleich gewicht der Ströme in den beiden Erreger- kreisen hergestellt ist.
Nachfolgend werden an Hand der Zeich nung beispielsweise drei Ausführungsformen der erfindungsgemässen Einrichtung erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine Einrichtung zur Anzeige der Belastung eines Dampfkessels, Fig. 2 eine Einrichtung zur Regelung der an eine Heizanlage abgegebenen Wärme leistung, Fig. ?) eine Einrichtung zur Einregulie- rung eines bestimmten3tischverhältnisses zwi schen zwei Flüssigkeiten.
In F'ig.l bedeuten G,, G2 Geberwider- stände, D ein Differentialrelais, 31 einen Um kehrmotor, RTIr einen Rückführwiderstand und A ein Anzeigeinstrument.
1 bedeutet einen Dampflzessel, ? einen an diesen angeschlossenen Druckmesser und 3 einen in die. Dampfleitung 4 eingeschalteten Dampfmengenmesser. 'Mit. dem Druclunesser ist der um den Punkt 5 sahwenhba.re Kon taktarm 6 verbunden, welcher mit steigendem Druck P, proportional der Druckänderung, in der Richtung des Pfeils verdreht wird und einen Widerstand R, abgreift, dessen Ohrn- wert dem Logarithmus des Dampfdrucktverte s P proportional ist.
In gleicher Weise wird der um den Punkt 7 schwenkbare Kontakt arm B des Dampfmengenmessers 3 bei stei gender Dampfmenge in Richtung des Pfeils geschwenkt, wobei der Wert des abgegriffe nen Widerstandes B., proportional dem Loga rithmus der pro Zeiteinheit durchfliessenden Dampfmenge<I>Q</I> ist. Das Differentialrelais<I>D</I> weist zwei Erregerspulen 9, 10 auf, welche auf einen im Punkt 11 schwenkbar gelagerten Anker 12 einwirken, durch welchen eine Kon taktzunge 13 zwischen den Steuerkontakten 14, 15 bewegt wird.
Der Arrtriebmotor <B>31</B> mit den Erregerspulen 16, 17 und Anker 18 treibt über eine nicht eingezeichnete über- setzung den Kontaktarm 19 in. -welcher auf dem Widerstand RIV gleitet und stets so ein gestellt ist, dass der linlus des Kontaktarmes 19 liegende, abgeschaltete Widerstandsteil R" <I>-</I> R, -E- R,_ - log P -f- log<I>Q</I> - log (P. <I>Q<B>)
</B></I> ist. Mit dem Kontaktarm 19 ist der Zeiger 20 des Anzeigeinstrumentes A in Bewegungsver- bindung. 21. ist ein Regulierwiderstand zur 3bgleichung des Differentialrelais.
Die Er reger- und 31otorstromkreise sind an die Stromquelle 22a, 22b angeschlossen, wobei folgende Stromkreise bestehen:
Messstrornkreise des Differentialrelais: 22a., 6, R" 8, R,_, 19, RW, 9, 23, 22b und 22a., 24, 21, 10, 23, 22b; 331otorstromkreis:
22a, 24, 18, 16, 14, (17, 15). 13, 23, 22b. Die Einrielrturrg gemäss Schema Fig.l arbeitet folgendermassen:
Der Anker 12 des Differentialrelais D befindet sich in der Mit tellage, wenn die ,Ströme in den Spulen 9, 10 gleich gross sind, wobei die Zunge 13 keinen der beiden -Kontakte 14, 15 berührt und der Motor 3! im Ruhezustand ist.
Ist aber zum Beispiel der Strom in der Erreger spule 9 grösser als in der Spule 10, so wird der Anlie r 1"..r ün Uhrzeigersinn geschwenkt und Kontakt 14 geschlossen, Wodurch der Motor 1T in Betrieb gesetzt und Kontaktarm 19 im I'hrzeigersinn verstellt wird, bis infolge Er höhung des Widerstandes R;" das Gleich gewicht der Ströme in den Erregerspulen 9 und 10 hergestellt, ist.
Ist der Strom in der Spule 9 kleiner als in der Spule 71, so wird Kontakt 15 geschlossen und der Kontaktarm <B>19'</B> im entgegengesetzten Sinne verstellt. .Sind die Widerstände R, und Rz Null, was der Fall ist.
-wenn der Dampfdruck P und die Dampfmenge Q unter bestimmte Minimal- werte sinken, so sind R" und der Winkel a Meide Null, das heisst der ganze Rückführ- widerstand ist eingeschaltet. Weisen Druck rund Dampfmenge ein Maxinrurn auf, und sind dementsprechend die.
Geberwiderstände G1 und G= vollständig eingeschaltet, so befindet sich der Kontaktarm 19 des Rückführwider- standes RIfr in der Extrernlage rechts. Der von dein Kontaktarm abgeschaltete Teil R; des Rizekfübriviclerstarrdes ist proportional dein Logarithmus des Winkels a gewählt.
-wodurch sich folgende Gleichungen ergeben: R.., = Rj -f- R' = log P -f- log (,) = log PQ = log Ca, somit PQ <I>= Ca.</I>
C bedeutet eine Konstante. Der Ausschlag a des Anzeigeinstrumente: wird also proportional der Leistung PQ des Da.rrrpfkessc@ls. .Da log l - 0 und log 0 =-@ ergehen, werden P und Q zweckmässig mit einer geeigneten Konstanten multipliziert, falls =sie Werte annehmen,
welche in der betreffenden Masseinheit kleiner als 1 sind, >o d'ass der Logarithmus stets positive Werte annimmt. Wesentlich kleinere Werte als ca.0,20 dürfen P undQ praktisch, auchunter Einführung einer Konstanten nicht anneh men, da diese andernfalls zu gross sein muss und dadurch die Anzeige im obern Mess- bereieh ungenau würde. Bei-,ragen die zu messenden Dampfdrücke, z.
B. 0,5<B>...</B> 10 :atü, so würde, der Brig,@sche Logarithmus mit einer Konstanten von 2 betragen: log (P#2) = log 1<B>...</B> log 20 = 0 . . . 1,301. Die, Wider stände R1, R2, R@ sind den Logarithmen der entsprechenden physikalischen Grössen proportional.
Durch die in Fig. 2: dargestellte Einrich tung wird die an ein Heizregister abgegebene Heizleistung reguliert. G1', G._', <I>G;,'</I> und G., stellen Widerstandsgeber, RW, und RT <U>Y.,</U> Eückführwiderstände <I>D,,</I> D., Differential relais und Ml, M2 reversierbare Antriebinoto- ren dar. Der Wärmeträger, zum.
Beispiel Heisswasser, fliesst durch den Vorlauf 25 in t1-,i s Heizregister 26 und verlässt dieses duroli den Rücklauf 27. Die Eintrittstemperatur des Wassers wird durch einen Vorlaufthermo staten 28, der zum Beispiel eine Bimetall- spirale enthalten kann, auf den Widerstands geber G,' übertragen, dabei wird ein Wider stand Rtl abgegriffen, dessen Ohmwert der Differenz zwischen der Eintrittstemperatur f, und einer bestimmten Minimaltemperatur proportional ist.
Durch den Thermostaten 29 wird am Geber G.,' ein der Differenz zwischen der Austrittstemperatur t. und einer andern Minimaltemperatur proportionaler Wider stand Rt., abgegriffen und aus dem Regel kreis ausgeschaltet. Die Kontaktarme der Geber G,' und G.,' bewegen sieh bei steigen der Temperatur in der Pfeilrichtung; dabei sind die genannten Minimaltemperaturen, so wie der maximale Wert Rts,i:ta des Wider standen Rt so gewählt, dass der gesamte von den Gebern in den Regelkreis eingeschaltete Widerstand stets der Differenz (t, - t.) pro portional ist.
Das Differentialrelais D, und der Verstellmotor tyh weisen die gleichen mit 9'-18' bezeichneten Teile wie in Fig. l auf und bewirken eine Verdrehung des Kontakt armes 30 am Rückführwiderstand MTV,, bis die Ströme in den beiden Erregerspulen 9' und 10' gleich gross sind. Hierdurch wird er reicht, dass die Verdrehung a' des Kontakt armes 30, aus der Horizontallage proportional der Temperaturdifferenz (t,-t_) ist.
Parallel mit dem Kontaktarm 3,0 wird der Kontakt arm 3-1 des Widerstandsgebers G3' verdreht, welcher einen Widerstand R'1' abgreift, der dem Logarithmus von (t,-t-) proportional ist. Die physikalische Grösse, deren Logaritli- n ins dieser Widerstand R1' proportional ist, ist der Summe zweier physikalischer Grössen, <I>t,</I> und-t2, proportional, die das Kompen sationsgerät D, beherrschen.
Die das Heiz- register 2,6 pro Zeiteinheit durchfliessende Wassermenge wird durch den Mengenmesser <B>392</B> gemessen und auf den Geber G4 über tragen, welcher den Kontaktarm .33! bei stei gender Wassermenge in der Pfeilriehtung verdreht, wobei ein Widerstand R,' abgegrif fen wird, dessen Wert dem Logarithmus der Wassermenge pro Zeiteinheit Q proportional ist.
Mit den Widerständen R,' und R.=' sind der abgegriffene Teil des Rückführwider- standes RW, und eine Erregerspule 9" des Differentialrelais D., in Reihe geschaltet. Das Differentialrelais D.> und der Verstellmotor M, arbeiten auf dieselbe Weise wie die ent sprechenden Organe D und M in Fig. 1 und weisen die gleichen mit 9". .. 18" bezeich neten Teile auf.
Der Motor M. verstellt ein in den Rücklauf 227 eingebautes Regulier ventil 35 sowie den Kontaktarm 34 des Rück führwiderstandes<I>RWE,</I> welcher verhältnis mässig klein ist gegenüber den Widerständen R,' und R2. 21' und 2:1" sind von Hand ver stellbare Widerstände, mit welchen die Relais D, und D., abgeglichen werden. Die Regel und Steuerströme werden wie in Fig. 1 und 2 durch die Stromquelle 2'2a, 22b geliefert.
Durch die Einrichtung nach Fig. 2 kann die dem Heizregister 26 zugeführte urärme- leistun.g durch Regulieren der Wasserzirku- lationsgesehwindigkeit konstant gehalten wer- den, unabhängig voll der Teiliperatur des Heizwassers.
Die Einrichtung arbeitet folgen dermassen: Der Erregerstrom in der Spule 10' des Relais D'1 ist konstant, während derjenige in der Spule 9' von der Stellung der Geber Gi, G@ und des abgegriffenen Teils des Rück- P-1 RWl abhängt. Der Verstell- L, illl wird, wie in Flip. 1, so lange ver stellt, bis die Ströme in den Spulen 9', 10' durch Veränderung des Rückführwiderstandes gleich gross sind.
In der Ruhestellung des Motors :1T, ist die Summe der Widerstände Rri + (Rt2m@s <I>-</I> Rr2) + R(,1-2) konstant und der Verdrehungswinkel a' des Kontaktarmes 30 proportional der Tempera turdifferenz (tl-t@), da der Widerstand Rlf'l linear gewickelt ist.
Der Kontaktarm 31 des Gebers G,, welcher parallel mit dem Kontaktarm 30 verstellt wird. schaltet irn Kreise der Erregerspule 9" dc" Relais D.. einen Widerstand R, ein, der proportional (lein Winkel a', also proportional log (f,-t,l ist. Im gleichen Erregerkreise wird durch deii Geber G.,' ein Widerstand R.' eingeschalte-, welcher proportional log Q ist.
Der Motor Il_ kommt zur Ruhe, wenn die Ströme in den beiden Erregerspulen 9" und 10" des Relais D., gleich gross sind. Ist der Strom in der Spule 9" zum Beispiel zu gross, infolge zri kleiner Wassermenge Q (zu kleinem Wider stand R:.'), so wird der Motor 31.,. im Öff nungssinne des Ventils 35 verstellt,- bis durch Vergrösserung des angeschalteten Teils des Rüc.kführwidersta.ndes BIT-'-. und Zrinalime von R..' eine Gleichge-,vichtslage im Relais I);
entsteht. Im Ruhezustand des Motors 11., ist die Summe der Widerstände R,'+ R_.' -?- RTr , konstant. Der Rückführwiderstand R11'., ist klein gegenüber den Widerständen Rl' -!- P.' und dient lediglich dazu, eine der @bivei@@liun- gen vom Sollwert von R,
'+ R-' proportionale Verstellung des Ventils 35 zu erlangen bezw. zur Erzielung einer progressiven Regulierung. Das Ventil 35 wird also derart reguliert, do!#e die Summe Rl' -I- R.,' = log (tl-t2) + log Q = log [(t,-tj <I>.</I> Q] angenähert konstant bleibt. was einer konstanten Wärmeleistung, entspricht.
Der Rückführwiderstand Rll'@ kann linear gewickelt sein, falls das Ventil 35, mit dein es gekuppelt ist, eine lineare Charakteristik aufweist. Ist die Temperatur des Heizwassers ini Vorlauf niedrig, was einen kleinen Wert (fl-t@) ergibt, so wird automatisch eine höhere Wassermenge ein reguliert und umgekehrt. ;
In der Regeleinrichtung nach Fig.3 be deuten G," und wiederum -N#Tiders4ands- geber, <I>D</I>ein Differentialrelais, IT" einen Um kehrmotor und RTV, einen Rückfiihrwider- stand entsprechend den Organen D, M und, R TV in F'ig. 1. Mit dieser Einrichtung soll das Verhältnis der in den Leitungen 36, 37 flie ssenden Fliissiglkeitsmengen, welche sich in der Leitung 44 mischen, konstant gehalten werden.
Die pro Zeiteinheit durchfliessenden Flüssigkeitsmengen Q, und Q" werden durch ;e einen Mengenmesser 38 und 40, welche znm Beispiel nach dem Ventarrinieterprinzip arbei- teil können, gemessen und auf die Kontak\- arine 39, 41.
der Geber G," übertragen. Dies(, greifen Widerstünde R@@1 und R q2 ab, deren Ohrnwert dein Logarithmus der Flüssigkeits mengen Q, arid Q.= proportional sind.
Mit zunehmender Flüssigkeitsmenge bewegen sich die Koiitalrta,lme in der Pfeilrichtung, wobei die Änderung des irn Regelkreis liegenden Gesamtwiderstandes stets von der Differenz R"ii-R(,2, das heisst vorn Verhältnis ab hängig ist.
Das Differentialrelais I?., und
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der Verstellmotor M; mit den Teilen 9"' . .. 18"' arbeiten a,uf dieselbe Weise wie für F'ig.1 und 2 beschrieben. Der Motor M, ver stellt das Regelventil 43 und den auf dem Rückfiihrwiderstand RTV;
i gleitenden Kon- taktarin 45 so lange, bis der Strom in der Erregersprile 9"' demjenigen in der Spule 10"' gleich ist, -,vorauf die Kontaktzunge 13"' in die Mittellage zu stehen kommt und der Antriebsmotor stillsteht. Der abgegriffene Teil vom Rückführwiderstand R11'.;
ist klein gegenüber den Widerständen RQr1 und Rq2 und dient wie in Fig. \2 zur progressiven Ver stellung des Ventils 43 in Abhängigkeit von der Abweichung des Sollwertes der Wider- stände
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Der von Hand einstellbare Widerstand 21" dient zur Abgleichung des Differentialrelais entsprechend dem gewünschten Verhältnis <B><I>Q,:
</I></B> Qia. Die Erregerströme des Relais D@ sowie die Steuerströme des Motors M3 werden von der Stromquelle 22a; 22,b geliefert.
Wird durch das Handventil 42 eine be- o stimmte Flüssigkeitsmenge Q, in der Leitung 3.6 eingestellt, so wird das Ventil 43 auto matisch so weit geöffnet, bis die Menge Q_ in der Leitung $;7 das gewünschte Verhältnis s
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ergibt, was der Fall ist, wenn
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denjenigen Wert aufweist, welcher im Differentialrelais gleiche Ströme in den Spulen 9"' und 10"' ergibt.
Eine geringe Ab- o weichung von diesem Verhältnis bewirkt eine bedeutende Verstellung des Ventils 43, so dass das Verhältnis
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praktisch konstant bleibt. Der regulierte Teil des Rückführwider-- s standes RZV3 kann linear gewickelt sein, um eine lineare Verstellung des Ventils in Ab hängigkeit von der Abweichung des Misch verhältnisses zu erhalten.
Damit die Wider stände RQl und RQ2 einen für die Regulie- o rung günstigen Wert aufweisen, können Zäh ler und Nenner des Quotienten mit einem geeigneten konstanten Faktor multipliziert werden, wie bereits im Beispiel Fig.l er läutert.
Bei den beiden beschriebenen Regulier- einriehtungen nach Fig. 2 und 3 sind die Regelorgane mit Rückführwiderständen RW und RW <I>3</I> versehen. Dies ist nicht notwendig, wenn das Regelorgan genügend langsam ver stellt wird., um ein Überregulieren zu ver meiden, was durch geeignete Ausbildung der Antriebe oder durch impulsweise Betätigung des Regelorganes erreicht werden kann.
An statt die Geber- oder Rüekführviderstände logarithmisch zu wickeln, das heisst den Widerstand mit dem Logarithmus des Dreh winkels des Kontaktarmes ansteigen zu lassen, können die Widerstände natürlich auch linear gewickelt sein und die Kontaktarme über logarithmisch ansteigende Kurvenscheiben angetrieben werden.
Die Funktion der physikalischen Grössen, von welcher die Verstellung des Regel- oder Anzeigevorganges abhängt, kann auch all gemeinerer Natur sein, als nach den beschrie benen Beispielen. So kann zum Beispiel eine Funktion der Form
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oder eine Egponentialfunktion AB geregelt oder an gezeigt werden.
Im letzteren Falle wird log log AB = log B -i- log log A gebildet, das heisst zwei Geber in Reihe geschaltet; von denen der eine log B und der andere log log A an einemWiderständ abgreift. DieEinrich- tungen zur Durchführung dieses Verfahrens sind verhältnismässig einfach und gestatten die wirtschaftliche Lösung zahlreicher bisher ungelöster Probleme der Regel- und Mess- tEchnik.