Anordnung zur Umformung eines Eingangssignals in eine Stellkraft Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Um formung eines Eingangssignals in eine Stellkraft mit einem in Abhängigkeit vom Eingangssignal beheizten Teil.
Bekannte Umformer, die ein thermisch isoliertes, beheiztes Element besitzen, haben ein regeltechnisch ungünstiges Verhalten. Nach sprunghaften Änderungen der Heizleistung erhält man anfänglich langsame Ände rungen der Ausgangsgrösse, was in vielen Fällen unzu reichend ist. Eine Verbesserung der regeltechnischen Eigenschaften ergibt sich, wenn man die Masse bzw. die Wärmekapazität des beheizten Elementes sehr klein macht. Jedoch ist auch trotz dieser Massnahmen die anfängliche Änderungsgeschwindigkeit der Ausgangs grösse oftmals noch zu klein.
Im allgemeinen ist daher zu sagen, dass die bekannten Umformer langsam sind und zusammen mit einem P-Regler nur für Regelstrecken mit geringem Schwierigkeitsgrad, d. h. mit einem kleinen Verzugszeit/Ausgleichszeit- bzw. Totzeit/Zeitkonstante- Verhältnis mit Erfolg eingesetzt werden können.
Der genannte Nachteil wird bei der Anordnung nach der Erfindung dadurch vermieden, dass der beheizte Teil sich in einem Gehäuse befindet, dessen Wärme kapazität grösser ist als die des beheizten Teils und dass Mittel zur Wärmeleitung zwischen dem beheizten Teil und dem Gehäuse vorhanden sind, derart, dass der spezifische Wärmeabfluss vom beheizten Teil zum Ge häuse mindestens ebenso gross ist wie der spezifische Wärmeabfluss vom Gehäuse an die Umgebung.
Durch die erfinderische Massnahme wird die Wärme ableitung vom beheizten Teil zum Gehäuse erheblich vergrössert. Durch diese thermische Kopplung zwischen Heiz-Element und Gehäuse erhält man bei entsprechen der Heizleistung eine grosse Anfangs-Anderungsge- schwindigkeit der Ausgangsgrösse nach einer sprung haften Änderung der Eingangsgrösse. Der Einfluss des Gehäuses wird also für das dynamische Verhalten des Umformers ausgenutzt.
Die Erfindung wird im folgenden anhand des in der Figur dargestellten Ausführungsbeispieles näher er- läutert, wobei weitere Merkmale des Erfindungsgegen standes beschrieben werden.
Die Figur zeigt den Umformer in Verbindung mit einem elektrischen Proportional-Regelgerät 1, die über eine elektrische Leitung 2 miteinander verbunden sind. Eine derartige Anordnung ist insbesondere für die Raumtemperatur- oder witterungsabhängige Heizungs- Regelung geeignet. Es können an das gleiche Regelgerät auch mehrere Umformer angeschlossen werden. Das Proportional-Regelgerät ist eine bekannte Vorrichtung, bei der die Regelabweichung mit Hilfe eines Stromtores in ein Impulssignal umgewandelt wird.
Der Umformer besitzt eine Konsole 3 und ein Ge häuse 4, die durch einen Isolationskörper 5 voneinander thermisch isoliert sind. Im Gehäuse 4 befindet sich der beheizte Teil des Umformers, bestehend aus dem Ver- dampfungskörper 6 und dem Heizelement 7, das zum Ausgang des Proportional-Regelgerätes 1 angeschlossen ist. Der Verdampfungskörper 6 ist über ein Kapillar rohr 8 mit einer Membrandose 9 verbunden. Die Mem- brandose wirkt auf einen Stössel 10.
Die Auflageplatte 11 dient als überlastsicherung der Membrandose.
Wird der Verdampfungskörper 6 durch das Heiz- element 7 beheizt, dann steigt in ihm der Druck entspre chend dem Dampfdruckgesetz der gewählten Füllflüs sigkeit. Der Druck wird in die Membrandose 9 über tragen und je nach der Grösse der aktiven Membran dosen-Fläche wird er in eine mehr oder weniger grosse Stehkraft umgewandelt, die z. B. entgegen einer Feder kraft in einen proportionalen Hub des Stössels 10 über geführt wird.
Zwischen dem Verd-ampfungskörper 6 und dem Ge häuse 4 befindet sich die erfindungsgemässe wärme leitende Verbindung 12. Diese kann aus einem oder mehreren dünnen Metalldrähten mit hoher Wärmeleit zahl, z. B. Silber- oder Kupferdrähten, bestehen. Es kann aber auch die Befestigung des beheizten Teils am Gehäuse 4 in besonderer Weise so ausgeführt sein, dass sie eine sehr gut wärmeleitende Verbindung dar stellt. Um ein regeltechnisch vorteilhaftes Verhalten, d. h.
eine genügend grosse Anfangs-Stellgeschwindigkeit nach einer Sprungänderung der Regelabweichung zu erhalten, muss die wärmeleitende Verbindung 12 derart ausgebil det sein, dass der spezifische Wärmeabfluss, d. h. der Wärmeabfluss pro Temperaturdifferenz, vom beheizten Teil zum Gehäuse mindestens ebenso gross ist wie der jenige vom Gehäuse an die Umgebung. Da die Wärme kapazität des beheizten Teils zur Sicherung eines guten dynamischen Verhaltens sehr niedrig ist, ist sie in allen praktisch vorkommenden Fällen kleiner als diejenige des Gehäuses.
Die Anfangs-Einstellgeschwindigkeit einer über gangsfunktion wird weitgehend durch die Wärmekapa zität und die Wärmeableitung des beheizten Teils be stimmt. In entsprechender Weise wird die Nachstell- geschwindigkeit der Übergangsfunktion durch die Eigen schaften des Gehäuses bestimmt. Demzufolge kann die Nachstellgeschwindigkeit durch zusätzlich an das Ge häuse anzubringende Wärmespeicher verändert werden. In der Figur sind Wärmespeicher 13 auf das Gehäuse aufgeschraubt. Damit hierdurch die Proportional-Be- reichseinstellung nicht oder nur unwesentlich geändert wird, besitzen die Wärmespeicher einen Isolationsman tel 14.
Durch diesen wird erreicht, dass der spezifische Wärmeabfluss vom Gehäuse an die Umgebung mit und ohne die Wärmespeicher 13 ungefähr gleich gross ist. Der Anteil der langsamen Hubnachstellung zum Gesamt hub des Stössels 10 wird durch das Verhältnis des spe zifischen Wärmeabflusses des Gehäuses zu der Summe der spezifischen Wärmeabflüsse des beheizten Teils und des Gehäuses bestimmt.
Die beschriebene Anordnung weist gegenüber Regel einrichtungen mit bekannten Umformern folgende Vor teile auf: Der Einsatz bei schnellen Regelstrecken ist möglich. Ausserdem lässt sich die Nachstellgeschwindig- keit in gewünschter Weise ändern, so dass eine grosse Verstärkung eingestellt werden kann und sich kleine bleibende Regelabweichungen ergeben.
Arrangement for converting an input signal into an actuating force The invention relates to an arrangement for converting an input signal into an actuating force with a part heated as a function of the input signal.
Known converters which have a thermally insulated, heated element have an unfavorable behavior in terms of control technology. After sudden changes in the heating output, slow changes in the output variable are initially obtained, which in many cases is insufficient. The control properties are improved if the mass or the heat capacity of the heated element is made very small. However, despite these measures, the initial rate of change in the output variable is often still too small.
In general it can therefore be said that the known converters are slow and, together with a P controller, only for controlled systems with a low degree of difficulty, i.e. H. can be used successfully with a small delay time / compensation time or dead time / time constant ratio.
The disadvantage mentioned is avoided in the arrangement according to the invention in that the heated part is located in a housing whose heat capacity is greater than that of the heated part and that means for heat conduction are present between the heated part and the housing, such as that the specific heat flow from the heated part to the housing is at least as great as the specific heat flow from the housing to the environment.
As a result of the inventive measure, the heat dissipation from the heated part to the housing is considerably increased. This thermal coupling between the heating element and the housing results in a high initial rate of change in the output variable after a sudden change in the input variable, given the heating output. The influence of the housing is therefore used for the dynamic behavior of the converter.
The invention is explained in more detail below with reference to the exemplary embodiment shown in the figure, further features of the subject matter of the invention being described.
The figure shows the converter in connection with an electrical proportional control device 1, which are connected to one another via an electrical line 2. Such an arrangement is particularly suitable for room temperature or weather-dependent heating control. Several converters can be connected to the same control device. The proportional control device is a well-known device in which the control deviation is converted into a pulse signal with the aid of a current gate.
The converter has a console 3 and a Ge housing 4, which are thermally insulated from one another by an insulating body 5. The heated part of the converter, consisting of the evaporation body 6 and the heating element 7, which is connected to the output of the proportional control device 1, is located in the housing 4. The evaporation body 6 is connected to a diaphragm box 9 via a capillary tube 8. The membrane socket acts on a plunger 10.
The support plate 11 serves as an overload protection device for the diaphragm box.
If the evaporation body 6 is heated by the heating element 7, the pressure in it rises in accordance with the law of vapor pressure of the selected filling liquid. The pressure is transferred into the membrane can 9 and depending on the size of the active membrane can-area it is converted into a more or less large standing force that z. B. against a spring force in a proportional stroke of the plunger 10 is performed over.
Between the vaporization body 6 and the Ge housing 4 is the inventive thermally conductive connection 12. This can number of one or more thin metal wires with a high thermal conductivity, z. B. silver or copper wires exist. However, the fastening of the heated part on the housing 4 can also be designed in a special way so that it provides a very good heat-conducting connection. In order to achieve an advantageous behavior in terms of control technology, i.e. H.
To obtain a sufficiently high initial setting speed after a sudden change in the control deviation, the heat-conducting connection 12 must be designed in such a way that the specific heat flow, d. H. the heat flow per temperature difference from the heated part to the housing is at least as great as that from the housing to the environment. Since the heat capacity of the heated part is very low to ensure good dynamic behavior, it is smaller than that of the housing in all practical cases.
The initial setting speed of a transition function is largely determined by the Wärmekapa capacity and the heat dissipation of the heated part. The readjustment speed of the transition function is determined in a corresponding manner by the properties of the housing. As a result, the readjustment speed can be changed by additional heat accumulators to be attached to the housing. In the figure, heat accumulators 13 are screwed onto the housing. So that the proportional range setting is not or only slightly changed as a result, the heat accumulators have an insulation jacket 14.
This ensures that the specific heat flow from the housing to the environment with and without the heat accumulator 13 is approximately the same. The proportion of the slow stroke adjustment to the total stroke of the plunger 10 is determined by the ratio of the specific heat outflow of the housing to the sum of the specific heat outflows of the heated part and the housing.
The arrangement described has the following advantages compared to control devices with known converters: Use in fast controlled systems is possible. In addition, the readjustment speed can be changed in the desired manner, so that a large gain can be set and small permanent control deviations result.