DE1072696B

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Publication number: DE1072696B
Application number: DENDAT1072696D
Authority: DE
Publication date: 1960-01-07

Description

DEUTSCHESGERMAN

Die Erfindung bezieht sich auf eine thermische Rückführung auf einen Transistor als Übertragungsglied in einem Regelkreis.The invention relates to thermal feedback on a transistor as a transmission element in a control loop.

Es ist bekannt, in Regelkreisen thermische Rückführungen vorzusehen, die im wesentlichen als verzögerte Rückführung wirken, wobei das wärmeträge Verhalten eines zu erwärmenden Übertragungsgliedes ausgenutzt wird. Beispielsweise werden Bimetallschalter nach Einleitung eines Regel Vorganges erwärmt. Mit einer gewissen Zeitverzögerung, gemessen vom Erwärmungsanfang an, löst der Bimetallschalter einen Rückführschaltvorgang aus.It is known to provide thermal feedback in control loops, which are essentially delayed Feedback act, taking advantage of the heat-inert behavior of a transmission element to be heated will. For example, bimetal switches are heated after a control process has been initiated. With a With a certain time delay, measured from the start of heating, the bimetal switch triggers a feedback switching process the end.

Weiter ist es bekannt, als thermische Rückführglieder elektrisch beheizte Thermoelemente, temperaturabhängige Widerstände u. dgl. zu verwenden, die beispielsweise in einer Brückenschaltung auf ein Übertragungsglied eines Regelkreises einwirken. Dabei handelt es sich um parallel zum direkten Signalflußweg vom Meßwerk zum Stellort liegende zusätzliche Glieder. Diesen Rückführgliedern kommt außer der ao eigentlichen Rückführung keine weitere Aufgabe, wie beispielsweise die Messung des Istwertes, zu.It is also known, as thermal feedback elements, electrically heated thermocouples, temperature-dependent To use resistors and the like, for example in a bridge circuit on a transmission element of a control loop. This is parallel to the direct signal flow path Additional links from the measuring mechanism to the position. In addition to the ao actual feedback does not have any further task, such as measuring the actual value.

Sämtlichen bekannten thermischen Rückführungen ist gemeinsam, daß ein bestimmtes Zeitgerät vom Ausgang eines Reglerelementes -beheizt wird oder daß eine vom genannten Ausgang abgeleitete Größe zur Heizung herangezogen wird. Für die Messung des Istwertes bei thermischen Regelungen ist es neben der Verwendung von Thermoelementen und temperaturabhängigen Widerständen auch bekannt, die Temperaturabhängigkeit von Halbleitern auszunutzen. Ist aus regelungstechnischen Gründen eine Rückführung notwendig, so- wird bisher ein besonderer Rückführungszweig mit eigenem thermischem Rückführungsglied, wie oben beschrieben, verwendet. All known thermal feedback has in common that a certain time device from Output of a controller element is heated or that a variable derived from the output mentioned for Heating is used. For the measurement of the actual value with thermal controls it is next to the Use of thermocouples and temperature dependent resistors also known the temperature dependence of semiconductors. Is a return for control reasons necessary, so a special return branch with its own thermal return element, as described above, has been used so far.

Die Erfindung zeigt nun einen Weg, der es gestattet, in besonderen Fällen auf zusätzliche thermische Rückführungsglieder zu verzichten. Diese thermische Rückführung auf einen Transistor als Übertragungsglied in einem Regelkreis ist nach der Erfindung möglich, wenn der in an sich bekannter Weise als Wärmefühler dienende Transistor mit einer Heizwicklung versehen ist, dessen Strom vom Transistorausgang gesteuert wird.The invention now shows a way which allows additional thermal feedback elements to be used in special cases to renounce. This thermal feedback to a transistor as a transfer element in a control loop is possible according to the invention if the one serving as a heat sensor in a manner known per se The transistor is provided with a heating coil, the current of which is controlled by the transistor output.

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, an dem besonders die Einfachheit der Anordnung zu erkennen ist. Hierbei ist angenommen worden, daß der Transistor selbst ein einstellbarer Thermofühler ist.Fig. 1 shows an embodiment of the invention, particularly the simplicity of the arrangement recognize is. It has been assumed here that the transistor itself is an adjustable thermal sensor.

Der Transistor 1 soll also im Bereich einer Wärmestrahlung oder Wärmeströmung angeordnet sein. Damit stellt sich zunächst im Transistor selbst ein bestimmter Wärmezustand her. Wird z. B. die Basis mit dem Emitter durch einen einstellbaren Widerstand 5 verbunden, ohne daß eine Spannungsquelle dazu in Reihe oder parallel liegt, dann ist der sogenannte Thermische RückführungThe transistor 1 should therefore be arranged in the area of thermal radiation or thermal flow. In order to a certain heat state is initially established in the transistor itself. Is z. B. the base with connected to the emitter through an adjustable resistor 5, without a voltage source in addition Series or parallel, then the so-called thermal feedback

auf einen Transistor als Übertragungsgliedto a transistor as a transmission element

in einem Regelkreisin a control loop

Anmelder:Applicant:

LICENTIA Patent-Verwaltungs - G. ni. b. H._f Frankfurt/M., Theodor-Stern-Kai 1 LICENTIA Patent-Verwaltungs - G. ni. b. H. _f Frankfurt / M., Theodor-Stern-Kai 1

Dr. phil. nat. Walter Hackel, Warstein (Sauerl.),
ist als Erfinder genannt wordenDr. phil. nat. Walter Hackel, Warstein (Sauerl.),
has been named as the inventor

Kollektornullstrom durch den Transistor bei gegebenem Widerstand 5 allein eine Funktion der Temperatur. Durch Änderung des Widerstandes 5 wird die Funktion verändert, und es entsteht eine einparametrige Kurvenschar: Kollektornullstrom in Funktion von der Temperatur, mit dem Widerstand 5 als Parameter. Der Kollektewnullstrom ist somit bai gegebenem Widerstand 5 ein Maß für die Temperatur des Transistors. Erfindungsgemäß ist nun eine Heizwicklung 3 vorgesehen, die z..B. den. Transistor 1 umgibt, also in Wärmekontakt mit ihm steht. Die Heizwicklung ist an eine Spannungsquelle 6 über einen Kontakt 4 angeschlossen, der vom Relais 2 geschaltet wird. Das Relais 2 schaltet außerdem noch ein Stellglied beliebiger Art (nicht dargestellt), welches den zu regelnden Vorgang beeinflußt,, der wieder auf die Erwärmung des Transistors 1 zurückwirkt. Damit ist der Regelkreis gegeben. Die Spannungsquelle 7 ist die Erregersparinungsquelle für das Relais 2 und die A^orspannungsquelle für den Kollektor des Transistors 1. 7 ist eine Gleichspannungsquelle, 6 kann eineCollector zero current through the transistor for a given resistance 5 is solely a function of the temperature. By changing the resistor 5, the function is changed, and a one-parameter one is created Family of curves: Collector zero current as a function of temperature, with resistance 5 as Parameter. The collector zero current is thus bai given resistance 5 is a measure of the temperature of the transistor. According to the invention is now one Heating coil 3 provided, the z..B. the. Surrounds transistor 1, so is in thermal contact with him. The heating coil is connected to a voltage source 6 via a contact 4 which is switched by relay 2 will. The relay 2 also switches an actuator of any type (not shown), which influences the process to be controlled, which again has an effect on the heating of the transistor 1. In order to the control loop is given. The voltage source 7 is the excitation saving source for the relay 2 and the A ^ orspannungsquelle for the collector of the transistor 1. 7 is a DC voltage source, 6 can be a

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Gleich- oder Wechselspannungsquelle sein. Insbesondere können 6 und 7 identisch sein; das ist nur eine Frage der Anpassung und Auslegung.Be a direct or alternating voltage source. In particular, 6 and 7 can be identical; that's just one Question of adaptation and interpretation.

Ist nun z. B. der Regelvorgang ein vom Relais 2 gesteuerter, nicht näher dargestellter Heizvorgang, so wirkt die Anordnung wie folgt: Wenn die Umgebungstemperatur absinkt, sinkt auch der Kollektorstrom ab und unterschreitet schließlich die Ansprechgrenze des Relais 2. Dieses möge nun als Ruhekontaktrelais ausgebildet sein; es schaltet nunmehr den zu regelnden Heizvorgang ein. Gleichzeitig wird aber der Kontakt 4 geschlossen und der Heizstrom für die Wicklung 3 eingeschaltet. Auf den Transistor 1 wirkt nun einmal die einsetzende äußere Erwärmung vermöge des vom Relais 2 gesteuerten, nicht näher dargestellten Heizvorganges und die Zusatzheizung durch die Wicklung 3. Die Zusatzheizung bewirkt, daß das Relais 2 wieder anzieht, bevor die äußere Heizung den Transistor über die Ansprechgrenze hinaus erwärmt hat. Mit diesem Rückführvorgang durch die Zusatzheizung wird eine Stabilisierung der Regelung erreicht, weil die Trägheit der äußeren Erwärmung des Transistors eine zu lange dauernde Einschaltung der zu regelnden Heizung bewirken würde, wenn nicht vorher bereits abgeschaltet worden wäre. Nachdem das Relais angesprochen hat, steigt die äußere Erwärmung des Transistors zunächst noch weiter an, dagegen fällt der Heizstrom durch die Wicklung 3 fort, weil sich der Kontakt 4 wieder geöffnet hat. Die Gesamttemperatur des Transistors 1 wird also nach einer gewissen Zeit wieder absinken, und das Spiel beginnt von neuem.Is now z. B. the control process a controlled by relay 2, not shown heating process, so the arrangement works as follows: When the ambient temperature drops, the collector current also drops and finally falls below the response limit of relay 2. This may now be used as a normally closed relay be trained; it now switches on the heating process to be regulated. But at the same time contact 4 is closed and the heating current for winding 3 is switched on. Acts on transistor 1 now once the onset of external heating by virtue of the relay 2 controlled, not shown Heating process and the additional heating through the winding 3. The additional heating causes the Relay 2 picks up again before the external heater heats the transistor beyond the response limit Has. This feedback process through the additional heating stabilizes the control achieved because the inertia of the external heating of the transistor means that it is switched on for too long the heating to be controlled, if it had not been switched off beforehand. After that If the relay has responded, the external heating of the transistor will initially increase further, but it will decrease the heating current continues through the winding 3 because the contact 4 has opened again. The overall temperature of transistor 1 will drop again after a certain time, and the game starts from new.

Die Rückführung muß verzögert eingreifen. Normalerweise wird zwar die Trägheit der Heizwicklung 3 genügen. Gegebenenfalls kann man aber auch den Wärmeübergang zwischen Wicklung 3 und Transistor 1 durch Zwischenlegung schlecht wärmeleitender Stoffe erschweren. Auch läßt sich durch bewegliche Isolierlagen der Wärmeübergang einstellen.The repatriation must intervene with a delay. Normally, the inertia of the heating coil 3 suffice. If necessary, however, the heat transfer between winding 3 and transistor can also be used 1 make it more difficult by interposing poorly heat-conducting materials. Can also be moved by Adjust the heat transfer insulation layers.

Fig. 2 zeigt eine ähnliche Anordnung wie Fig. 1, nur ist hier eine stetige Rückführung vorgesehen. Der Transistor 1 steuert hier einen weiteren Transistor 8. Quer zu dessen Ausgang liegt hier die HeizwicklungS. Diese Heizwicklung 3 braucht nicht direkt, sondern kann noch über ein beliebiges weiteres stetig Steuerbares Element an den Transistor 8 angeschaltet sein, wobei sie strom- und spannungsmäßig angepaßt werden kann. Es kann noch eine Drossel 10 vorgesehen sein, die den Stromanstieg verlangsamt.FIG. 2 shows an arrangement similar to FIG. 1, except that a continuous return is provided here. Of the Transistor 1 controls another transistor 8 here. The heating winding S is located across its output. This heating winding 3 does not need directly, but can still be continuously controlled via any other Element to be turned on to the transistor 8, where they are adjusted in terms of current and voltage can. A choke 10 can also be provided, which slows down the rise in current.

Fig. 3 zeigt einen zweistufigen Transistorverstärker mit unstetiger relaisgesteuerter Rückkopplung. Hier ist also der Transistor 8 nur Verstärker des Kollektorstromes des Transistors 1. Mit 9 ist in Fig. 2 und 3 ein Ausgangswiderstand bezeichnet, an dem die in beiden Fällen durch den Transistor 8 verstärkte Wärmemeßgröße des Transistors 1 als stetige Steuergröße weitergegeben werden kann.3 shows a two-stage transistor amplifier with discontinuous relay-controlled feedback. here So the transistor 8 is only an amplifier of the collector current of the transistor 1. With 9 is in Fig. 2 and 3 denotes an output resistance at which the transistor 8 amplified in both cases Heat measured variable of the transistor 1 can be passed on as a continuous control variable.

Die unstetigen Rückführungsanordnungen nach Fig. 1 und 3 können nun auch bezüglich der Rückführwirkung mit anderem Vorzeichen arbeiten. Das bedeutet, daß der Kontakt 4 kein Ruhekontakt, sondern Arbeitskontakt ist. Diese Lösung ist z. B. dann gegeben, wenn sich die Umgebungstemperatur, also die Erwärmung des Transistors 1, nur sehr langsam ändert. Hier könnte leicht ein Klappern des Relais 2 oder sonstiger Auslöseschaltmittel, die vom Transistor 1 gesteuert werden, auftreten. Deshalb kann zur Unterstützung eine arbeitskontaktgesteuerte Heizwicklung 3 in sehr gutem Wärmekontakt mit dem Transistor 1 vorgesehen werden.The discontinuous feedback arrangements according to FIGS. 1 and 3 can now also be used with regard to the feedback effect work with a different sign. This means that the contact 4 is not a break contact, but Working contact is. This solution is e.g. B. then given when the ambient temperature, ie the heating of the transistor 1 changes only very slowly. Relay 2 could easily rattle here or other trigger switching means controlled by transistor 1 occur. Therefore, to Support a work contact controlled heating coil 3 in very good thermal contact with the Transistor 1 can be provided.

Fig. 4 zeigt in Abwandlung der Schaltung nach Fig. 2, wie dieser eben geschilderte Effekt auch mit einer stetig gesteuerten Rückführheizung erreicht werden kann. Hier liegt also die Wicklung 3 in Reihe mit dem Ausgang des zweiten Transistors 8. Ferner zeigt Fig. 4, daß der Gegenstand der Erfindung auch für solche Steuerungen verwendet werden kann, die nicht rein thermisch sind. Die Rückführung mittels Heizung des Transistors 1 läßt sich nämlich auch dort ausführen, wo der Eingang des Transistors ein Steuerstrom ist, der vom zu regelnden Vorgang abgeleitet ist.FIG. 4 shows, in a modification of the circuit according to FIG. 2, how this effect just described also has a continuously controlled return heating can be achieved. So here the winding 3 is in series to the output of the second transistor 8. Furthermore, FIG. 4 shows that the subject matter of the invention also can be used for controls that are not purely thermal. The return by means of Heating of the transistor 1 can namely also be carried out where the input of the transistor is Control current is derived from the process to be regulated.

Fig. 5 zeigt den zweistufigen Verstärker nach Fig. 3 mit zwei Zusatzheizungen durch die Wicklungen 3 und 3'. Die Heizung der Wicklung 3 greift unverzögert ein und unterstützt die von außen an den Transistor 1 herangetragene Erwärmung. Die Wicklung 3'liegt mit einer verzögernden Drossel 10 in Reihe und ist gegebenenfalls auch, wie schematisch angedeutet, in nicht so gutem Wärmekontakt mit dem Transistor 1 wie die Wicklung 3. Die Wicklung 3' bewirkt eine verzögert eingreifende Rückführung, die das Rückführelement nach einer gewissen Erwärmungszeit von außen ausschaltet oder aber wieder einschaltet. Die Wicklung 3 dagegen unterstützt den gerade jeweils vorzunehmenden Schaltschritt. Diese Doppelheizung kann auch entsprechend Fig. 1 und 3 relaisgesteuert werden.FIG. 5 shows the two-stage amplifier according to FIG. 3 with two additional heaters through the windings 3 and 3 '. The heating of the winding 3 takes effect immediately and supports the heating brought to the transistor 1 from the outside. The winding 3 'lies with it a decelerating throttle 10 in series and is possibly also, as indicated schematically, not in FIG as good thermal contact with the transistor 1 as the winding 3. The winding 3 'causes a delay intervening feedback, which switches off the feedback element from the outside after a certain heating time or switch it on again. The winding 3, on the other hand, supports the one to be carried out Switching step. This double heating can also be relay-controlled according to FIGS. 1 and 3.

Ein elektrischer Regler mit rein thermischem Verhalten kann bei allen Schaltungen auch dadurch erhalten werden, daß unter Ausnutzung des Peltiereffektes ein Thermoelement mit dem Transistor 1 verbunden wird. Die Erwärmung der Lötstelle beim Stromdurchgang wird dann zur Temperaturregelung benutzt.An electrical controller with a purely thermal behavior can also be used with all circuits that using the Peltier effect a thermocouple with the transistor 1 is connected. The heating of the solder joint during the passage of current then becomes the temperature control used.

Die Rückführung eignet sich zur Regelung von Vorgängen jeglicher Art, insbesondere Strom-, Spannungs-, Leistungs-, Temperaturregelung von öfen, Heizungen od. dgl.The feedback is suitable for the regulation of processes of any kind, in particular current, voltage, Power and temperature control of ovens, heaters or the like.

Claims

Patent claims:

1. Thermal feedback to a transistor as a transfer element in a control loop, thereby characterized in that the transistor serving in a known manner as a heat sensor with a heating coil is provided, the current of which is controlled by the transistor output.

2. Thermal feedback according to claim 1, characterized in that one electrode of the Transistor, preferably the base electrode, with a further, preferably the emitter electrode, is connected via an adjustable resistor, the current of the third electrode being the return heating winding controls and the transistor is directly exposed to conduction or radiation heat transfer.

3. Thermal feedback according to claims 1 and 2, characterized in that the The transistor output contains a relay that switches the feedback heater on and off.

4. Thermal feedback according to claims 1 and 2, characterized in that the Transistor output contains an amplifier, preferably with a further transistor, whose Output adjusts the return heating.

5. Thermal feedback according to claim 3 or 4, characterized by two heating windings, in one of which the heating current is delayed and in

the other of which the heating current is controlled in the opposite direction to the first.

6. Thermal feedback according to claim 3 or 4, characterized in that the heated Transistor is in the diagonal of a bridge, one branch of which is from the control line one another transistor and the output of this transistor and its other branch of one tapped voltage source is formed.

Considered publications:

German Patent Nos. 884112, 930239;

German patent application S 23654 VIIIb / 21c (announced on October 1, 1953);

German exposition L 18908 IX / 42i (announced on October 20, 1955);

Swiss patents No. 246 097, 513.

1 sheet of drawings