Temperaturregler mit temperaturabhängigem Widerstand als Fühler. Die Erfindung bezieht sich auf einen Temperaturregler, der ein Ansprechinstru- ment mit mindestens einer Spule aufweist, die in Reihe mit einem als Temperaturfühler dienenden, temperaturabhängigen Widerstand geschaltet ist. Als Ansprechinstrumente kom men z. B. Kontaktgalvanometer, Differential relais oder als Kontaktgeber ausgebildete Ferraris-Instrumente in Frage.
Bei den an sich bekannten Ausführungen eines solchen Temperaturreglers sind ausser ordentlich empfindliche Ansprechinstrumente erforderlich, weil die fürdieTemperaturfühler praktisch verwendeten Metalle nur einen verhältnismässig kleinen Temperaturkoeffi zienten aufweisen, so dass die Widerstands änderungen der Temperaturfühler sich nur innerhalb enger Grenzen bewegen.
Der Temperaturregler nach der Erfindung zeichnet sich zur Vermeidung dieses Nach teils dadurch aus, dass der in der Spule des Ansprechinstrumentes fliessende Strom noch von mindestens einem andern temperaturab hängigen Widerstand beeinflusst wird, und zwar im Sinne einer Vergrösserung der Emp findlichkeit der Regelung.
In der Zeichnung zeigen: Fig. 1 die bisher übliche Schaltung des Temperaturfühlers und der Spule des An sprechinstrumentes, Fig. 2, 4, 5, 6 und 7 beispielsweise Aus führungsformen des erfindungsgemässen Tem peraturreglers, Fig. 3 ein. Diagramm zu Fig. 1 und 2.
Im folgenden wird als Ansprechinstru- ment ein. als Kontaktgeber ausgebildetes Ferraris Instrument verwendet; es kann aber ebensogut ein Differentialrelais oder ein Kon taktgalvanometer verwendet werden. Mit dem Ansprechinstrument werden dann durch di rekte oder indirekte Steuerung die Organe geschaltet, von denen die zu regelnde Tem peratur abhängt.
In Fig. 1 ist die bei einem Temperatur regler bisher übliche Anordnung des Tempe raturfühlers 1 in Reihe mit der Spule 2 des Ansprechinstrumentes schematisch darge stellt. Eine Temperaturänderung an Fühler 1 bewirkt eine Veränderung seines Wider standes und demzufolge eine Änderung des Stromes. Für eine bestimmte Temperaturän derung an Fühler 1 ist die erzielte Strom- änderung um so grösser, je grösser das Ver hältnis des Fühlerwiderstandes zum Spulen widerstand des Ansprechinstrumentes ist.
Als Fühlerwiderstand kann irgendein Material mit einem möglichst grossen Temperatur koeffizienten, der positiv, wie z. B. bei DIe- tallen, oder negativ, wie z. B. bei Kohle oder elektronischen Halbleitern ist, verwendet wer den.
Im Diagramm Fig. 3 stellt die Kurve a die prozentuale Zunahme des Stromes Jsp für eine Vergrösserung des Fühlerwiderstan- des um 10 % in Funktion des Verhältnisses der Leistung im Fühlerwiderstand LI, zur Leistung in der Spule des Ansprechinstru- mentes Lsp dar.
Bei dem Temperaturregler nach Fig. 2 ist nun ein temperaturabhängiger Widerstand 3, z. B. eine Metalldraht-Glühlampe, parallel zur Spule 2 des Ansprechinstrumentes ge schaltet. Die Wirkungsweise dieser Anord nung ist nun die folgende: Nimmt der Wider stand des Fühlers 1 zu, so sinkt der Strom in der Spule 2 und in der Lampe 3.
Dadurch sinkt deren Glühfadentemperatur und damit der Widerstand des Glühfadens, so dass nun mehr der durch den Temperaturfühler 1 fliessende Strom sich anders aufteilt, indem durch den temperaturabhängigen Widerstand 3 relativ mehr und durch die Spule 2 des Ansprechinstrumentes relativ weniger Strom fliesst. Dadurch wird die ursprüngliche Stromänderung in der Spule 2 des Ansprech- instrumentes also verstärkt.
Infolge der Wi derstandsänderung der Lampe 3 fliesst dann ein grösserer Totalstrom als bei gleichbleiben dem Widerstand, was wieder zur Folge hat, dass der Spannungsabfall am Temperatur fühler grösser und damit der Spulenstrom nochmals verkleinert wird.
Durch die Zuschaltung des als thermischer Verstärker wirkenden temperaturabhängigen Widerstandes3 wird nun aber die Leistung im Temperaturfühler 1 erhöht. Soll die Anordnung einen Vorteil bringen, so muss die relative Ver stärkung grösser sein als die Wirkung, die bei gleicher Fühlerleistung ohne thermischen Verstärker erzielt würde. Ein Vergleich bei der Anordnungen hat also unter Zugrunde- legung eines gleichen Verhältnisses der Füh- lerleistung zur Spulenleistung zu erfolgen.
Im Diagramm Fig. 3 stellt die Kurve b einen solchen Vergleich dar, unter Verwen dung einer 3letalldraht-Glühlampe als ther- mischerVerstärker, bei einer Fadentemperatur in der Grössenordnung von 500 C und einem Verhältnis von
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zwischen Spulenwiderstand und Lampenwiderstand.
Der Verlauf dieser Kurve, bei der ebenfalls eine Vergrösserung des Fühlerwiderstandes um 10 % angenom men ist, zeigt, dass die prozentuale Zunahme des Stromes Jsp mit zunehmendem Verhältnis der Fühlerleistung zur Spulenleistung rasch auf grosse Werte zunimmt. Die durch den thermischen Verstärker erzielte Verbesserung,
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ist in Fig. 3 durch die Kurve c dargestellt, welche die erzielte Verstärkung I' in Prozent angibt. und für welche die Skala rechts dient. Daraus geht hervor, dass im vorliegenden Bei spiel mindestens eine Verstärkung von 18 erreicht wird.
Eine ähnliche Verstärkerwirkung lässt sich erzielen, wenn ein temperaturabhängiger Wi derstand mit negativem Temperaturkoeffi zienten in Reihe mit Temperaturfühler und Spule des Anspreehinstrumentes geschaltet wird. Da der Verstärker in Luft arbeitet, ist seine Temperaturänderung für eine bestimmte Stromänderung relativ gross, wodurch auch sein Widerstand sich stark ändert und eine grosse Verstärkerwirkung erzielt wird.
Der beschriebene Temperaturregler hat noch den Nachteil der Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur, da der Verstärker 3 der Temperatur der Umgebung ausgesetzt ist. Man könnte dies beheben, indem man den Verstärker in ein Gehäuse mit konstanter Temperatur bringt. Viel einfacher als dies ist. jedoch die Anwendung eines zweiten, gleichen Verstärkers im Stromkreis einer zweiten Spule des Ferraris-Kontaktinstrumentes.Beide Verstärker wirken sich dann entgegen, wo durch die Temperaturabhängigkeit aufgeho- ben wird.
Durch die Gegenschaltung der bei den Spulen des Ferraris-Kontaktinstrumentes ist die Anordnung ausserdem spannungsunab hängig. Die vorbeschriebene Anordnung hat aber noch einen weiteren Vorteil. Es ist be kannt, dass jeder Temperaturregler, an dessen Genauigkeit höhere Anforderungen gestellt werden, eine Rückführung benötigt.
Diese bewirkt eine vorübergehende Verstellung des eingestellten Regelsollwertes, welche nach erfolgter Korrektur der regulierten Tempe ratur wieder verschwindet. Die Einführung einer Rückführung lässt sich nun bei der vor beschriebenen Anordnung auf sehr einfache Art ermöglichen. Beheizt man nämlich den als thermischen Verstärker wirkenden Wider stand durch eine separate Heizwicklung, so ergibt sich eine Änderung des Spulenstromes, was einer Verschiebung des Sollwertes gleich kommt.
Wird die Beheizung ausgeschaltet, so verschwindet diese Verschiebung wieder. Es ist nun lediglich nötig, diese Beheizung jeweils durch den Kontakt des Ansprech- instrumentes aus- und einschalten zu lassen, um die gewünschte Rückführung zu erzielen. Das Ansprechinstrument wird durch die infolge der Beheizung des thermisehen Ver stärkers entstehende Sollwertverschiebung vorzeitig rückgeführt und schaltet seinen Kontakt aus, bevor dies durch die Tempera turänderung des regulierten Mediums ge schieht.
Man erhält damit bei einem "Auf / Zu -Ansprechinstrument eine starre und bei einem progressiv wirkenden Ansprechinstru- ment eine elastische Rückführung. Die Rück führgrösse ist durch die Heizleistung des thermischen Verstärkers und die Rückführ- zeit durch dessen Abkühlzeit gegeben. Beide Faktoren können verändert werden, womit der Regler an jedes Objekt angepasst werden, kann.
In der Fig. 4 ist eine Ausführungsform dar gestellt, in welcher 1 den Temperaturfühler darstellt, der in Reihe mit der Spule 2 des Ansprechinstrumentes liegt. Parallel zur Spule 2 liegt der als thermischer Verstärker be zeichnete temperaturabhängige Widerstand 3 mit positivem Temperaturkoeffizient. Der Widerstand 3 kann durch die als Rückfüh- rung wirkende Heizwicklung 4, welche über den Kontakt 6 des Ansprechinstrumentes an Spannung gelegt werden kann, beheizt wer den.
Die zweite Spule 21 des Ansprechinstru- mentes liegt in Reihe mit einem regulier baren Widerstand 5, welcher zur Einstellung der gewünschten Regel-Solltemperatur dient und parallel zum thermischen Verstärker 31, welcher seinerseits durch dieHeizwicklung 41, die ebenfalls über den Kontakt 6 des An sprechinstrumentes an Spannung gelegt wird, beheizt werden kann. Durch den Kontakt 6 des Ansprechinstrumentes wird ausserdem das Regelorgan 7 in der gewünschten Richtung betätigt.
In der Fig. 5 ist eine ähnliche Anordnung wie in der Fig. 4 dargestellt, jedoch mit dem Unterschied, dass die thermischen Verstärker 3 und 31 einen negativen Temperaturkoeffi zienten aufweisen.
In der F'ig. 6 ist ebenfalls eine Anordnung wie in der Fig. 4 dargestellt, jedoch weisen die thermischen Verstärker 3 und 31 positi ven und die thermischen Verstärker 8 und 81 negativen Temperaturkoeffizienten auf. Die Wirkungsweise dieser Anordnungen ist nach der Beschreibung der Wirkungsweise der grundsätzlichen Anordnung gemäss der Fig. 2 ohne weiteres verständlich.
Verwendet man als Ansprechinstrument ein Ferraris-Kontaktinstrument, so ist dessen Empfindlichkeit durch seine Anlaufleistung aus dem Stillstand und diese wieder durch die Haftreibung gegeben. Es lässt sich damit eine bestimmte Empfindlichkeit erzielen. Wünscht man diese noch weiter zu erhöhen, so ist dies durch folgende Massnahme möglich: Das bewegliche System des Ansprechinstru- mentes wird mit einer Feder gekoppelt, so dass jeder Drehmomentsänderung eine be stimmte Änderung des Drehwinkels ent spricht.
Durch einen in der F'ig. 7 mit 10 bezeichneten Zeitschalter wird nun mit einer bestimmten Periode abwechslungsweise die eine und die andere der beiden Rückführhei- zungen mit reduzierter Heizleistung einge schaltet, wodurch das bewegliche System in eine periodische Schwingung verfällt. Zur Einstellung der reduzierten Heizleistung dient dabei der einstellbare Widerstand 11. Die Abstände der beiden Kontakte des Kon taktinstrumentes können nun so klein ge wählt werden, dass ohne eine Verschiebung des Sollwertes gerade noch keine Berührung eintritt, jedoch bei der kleinsten Verschie bung schon Kontakt entsteht.
Auf diese Weise muss nicht erst die Haftreibung Über wunden werden, deren Wirkung wird viel mehr durch die aufgedrückte mechanische Schwingung beseitigt. Daraus ergibt sieh eine Erhöhung der Empfindlichkeit der ganzen Anordnung.
Die besehriebeneRegleranordnung hat ver schiedene Anwendungsmöglichkeiten. So kann damit beispielsweise eine Temperatur konstant behalten werden, sei es durch Auf/Zu-Rege- lung mit starrer Rückführung oder durch progressive Regelung mit elastischer Riick- führung. Anderseits kann damit eine regu lierte Temperatur in Funktion einer zweiten Temperatur verstellt werden, indem an Stelle des Einstellwiderstandes 5 ein zweiter Tem peraturfühler eingefügt wird.
Ferner kann parallel zum Ferraris-Kon- taktinstrument ein Ferraris-Instrument mit Temperaturskala angeordnet werden, zwecks Fernanzeige der Temperatur. Es ist ebenfalls einleuchtend, dass eine Fernverstellung der einregulierten Temperatur von einem beliebi gen Orte aus ohne Schwierigkeiten möglich ist.