DE1178929B

DE1178929B - Electrical control arrangement for controlling a physical quantity

Info

Publication number: DE1178929B
Application number: DEC21494A
Authority: DE
Inventors: Pier Luigi Siliane
Original assignee: ELETTRO MECCANICHE ANGIOLO SIL
Current assignee: ELETTRO MECCANICHE ANGIOLO SIL
Priority date: 1959-05-26
Filing date: 1960-05-20
Publication date: 1964-10-01

Description

Elektrische Regelanordnung zur Regelung einer physikalischen Größe Die Erfindung betrifft eine elektrische Regelanordnung zur Regelung einer physikalischen Größe mit einem Brückenstromkreis, bei dem mindestens ein Zweig einen mit der zu regelnden Größe variablen Widerstand enthält, mit einem Verstärker, dessen Eingang an die Brückendiagonale angeschlossen ist, und mit einem Relais, das im Ausgangsstromkreis des Verstärkers liegt.Electrical control arrangement for controlling a physical variable The invention relates to an electrical control arrangement for controlling a physical one Size with a bridge circuit in which at least one branch connects to the regulating size variable resistor contains, with an amplifier, whose input connected to the bridge diagonal, and with a relay that is in the output circuit of the amplifier.

Zur Regelung einer physikalischen Größe ist es notwendig, das Halteverhältnis des Relais dem Wert 1 möglichst stark anzunähern. Dies wird bei bekannten Schaltungsanordnungen im allgemeinen erreicht durch Schwächung des magnetischen Flusses des Relais, wenn der Erregerstrom des Relais den Ansprechwert überschritten hat. So ist bei einer bekannten Schaltungsanordnung zur Verbesserung des Halteverhältnisses ein Vorwiderstand vorgesehen, der nach dem Ankeranzug automatisch eingeschaltet wird. Im bekannten Falle sind jedoch noch Maßnahmen erforderlich, z. B. die Parallelschaltung eines Kondensators zum Vorwiderstand, um die Funkenbildung am Öffnungskontakt zu unterbinden. Der hierdurch bedingte zusätzliche Aufwand wird gemäß der Erfindung dadurch vermieden, daß die Meßbrücke des Reglers so verstimmbar ist, daß der in der Brückendiagonale fließende, den Verstärkereingang speisende, dem Relaisansprechstrom entsprechende Steuerstrom auf einen Wert verstellbar ist, der demjenigen Steuerstrom beliebig nahe ist, welcher dem Haltestrom des Relais entspricht.To control a physical variable, it is necessary to adjust the hold ratio of the relay to approximate the value 1 as closely as possible. This is the case with known circuit arrangements generally achieved by weakening the magnetic flux of the relay when the excitation current of the relay has exceeded the response value. That’s the case with one known circuit arrangement for improving the holding ratio, a series resistor provided, which is automatically switched on after the anchor tightening. Im known However, measures are still required, e.g. B. the parallel connection of a Capacitor to the series resistor to prevent sparking at the opening contact. The resulting additional effort is avoided according to the invention by that the measuring bridge of the controller can be detuned so that the one in the bridge diagonal flowing, the amplifier input feeding, corresponding to the relay response current Control current is adjustable to a value that any control current is close, which corresponds to the holding current of the relay.

Diese erfindungsgemäß vorgesehene Schaltungsanordnung ermöglicht eine außerordentlich genaue und zuverlässige Regelung einer bestimmten physikalischen Größe, auch wenn die zu regelnde Größe von irgendwelchen Trägheitserscheinungen behaftet ist, die auf die bekannten Regelsysteme störend wirken.This circuit arrangement provided according to the invention enables a extremely accurate and reliable regulation of a given physical Size, even if the size to be regulated by any signs of inertia is afflicted, which have a disruptive effect on the known control systems.

Vorteilhafterweise sind gemäß der Erfindung ein oder mehrere Hilfswiderstände so angeordnet, daß sie parallel mit einem oder ebenso vielen Widerständen der Brücke über einen Umschaltkontakt, der von diesem Relais gesteuert wird, kombinierbar sind.Advantageously, according to the invention, there are one or more auxiliary resistors arranged so that they are parallel with one or as many resistors of the bridge can be combined via a changeover contact controlled by this relay.

Dabei kann die Kombination der Hilfswiderstände derart sein, daß ein unstabiles Gleichgewicht in dem durch die Differenz von Ansprechstrom und Haltestrom für das Relais festgelegten Schaltintervall erreicht wird, in dem eine stetige Reihe von Öffnungen und Schließungen des Relais liegen.The combination of the auxiliary resistors can be such that a unstable equilibrium in that caused by the difference between the response current and the holding current The switching interval specified for the relay is reached in which a continuous series of openings and closings of the relay.

Vorteilhafterweise wird ferner die Schaltfrequenz des Relais bei Instabilität des Reglers herabgesetzt durch ein zusätzliches RC-Glied, das dem Brückenwiderstand bzw. den Brückenwiderständen jeweils mit einer im Vergleich zu der der Hilfswiderstände entgegengesetzten Schaltfolge durch das Relais zugeschaltet wird. Dabei ist es vorteilhaft, wenn der Widerstand des RC-Gliedes zugleich als Hilfswiderstand Verwendung findet. Es kann ferner sehr vorteilhaft sein, die Schaltung derart auszulegen, daß die Größe des Halteverhältnisses des Relais vom Mömentanwert der zu regelnden Größe innerhalb des Regelbereiches abhängt.The switching frequency of the relay in the event of instability is also advantageous of the controller is reduced by an additional RC element, the bridge resistance or the bridge resistors each with one compared to that of the auxiliary resistors opposite switching sequence is switched on by the relay. It is advantageous to if the resistance of the RC element is also used as an auxiliary resistance. It can also be very advantageous to design the circuit in such a way that the size the holding ratio of the relay from the Mömentanwert of the variable to be controlled within the control range depends.

In der Zeichnung sind Ausführungsformen der Erfindung dargestellt. Es zeigen F i g. 1 und 2 zwei Schaltbilder gemäß der Erfindung, F i g. 3 und 4 zwei Diagramme eines Regelvorganges bei einer mit Trägheit behafteten Regelstrecke, F i g. 5 und 6 weitere Ausführungsformen gemäß der Erfindung und F i g. 7 und 8 Schaltbilder, bei denen die Brücke in bezug auf Schwankungen der Speisespannung stabilisiert ist.Embodiments of the invention are shown in the drawing. It shows F i g. 1 and 2 two circuit diagrams according to the invention, FIG. 3 and 4 two Diagrams of a control process in a controlled system subject to inertia, F. i g. 5 and 6 further embodiments according to the invention and FIG. 7 and 8 circuit diagrams, in which the bridge is stabilized with respect to fluctuations in the supply voltage.

F i g. 1 zeigt einen Stromkreis, der mit Gleichstrom von einer Gleichspannung V gespeist wird, mit vier Zweigen mit den Widerständen R," R2, R2, R4, die eine Brücke bilden, mit der ein Transistorverstärker T in der Diagonale zwischen den Punkten A und B kombiniert ist. R1 ist ein Vorwiderstand für die Versorgung der Brücke. Unter der Gleichgewichtsbedingung ist die Potentialdifferenz zwischen den Punkten A und B gleich Null, so daß die Grundemissionsdiode des Transistors T nicht leitet und daher der Strom durch das Relais Re, das unerregt bleibt, praktisch gleich Null ist. Das Relais dient zur direkten oder indirekten Steuerung eines Stellgliedes, das auf die zu regelnde physikalische Größe einwirkt.F i g. 1 shows a circuit which is fed with direct current from a direct voltage V, with four branches with the resistors R, ″ R2, R2, R4 forming a bridge with which a transistor amplifier T combines in the diagonal between points A and B. R1 is a series resistor for supplying the bridge under the equilibrium condition the potential difference between the points A and B is equal to zero, so that the basic emission diode of the transistor T does not conduct and therefore the current through the relay Re, which remains de-energized, is practically zero. The relay is used for direct or indirect control of an actuator that acts on the physical variable to be controlled.

Der Widerstand R,. ist veränderlich und dient zur Erfassung des Istwertes der zu regelnden Größe, die direkt oder indirekt auf ihn einwirkt. Das Relais Re kann z. B. die Heizmittel eines Raumes steuern, dessen Temperatur auf den Widerstand R,. einwirkt, wobei dieser mit der Temperatur seinen Wert verändert (Heißleiter).The resistance R ,. is variable and is used to record the actual value the variable to be regulated, which has a direct or indirect effect on it. The relay Re can e.g. B. control the heating means of a room, its temperature on the resistance R ,. acts, whereby this changes its value with the temperature (NTC thermistor).

Wenn der Punkt A negativer wird als der Punkt B, fließt Strom durch die Grundemissionsdiode des Transistors T, so daß der Transistor T in einem Kollektorstromkreis Cr einen Strom zum Fließen bringt, der gegebenenfalls (in einer nicht dargestellten Weise) nochmals verstärkt werden kann und auf das Relais Re einwirkt.When the point A becomes more negative than the point B, current flows through the basic emission diode of the transistor T, so that the transistor T causes a current to flow in a collector circuit Cr which, if necessary (in a manner not shown), can be amplified again and on the relay Re acts.

Es ist bekannt, daß der Ansprechstrom eines Relais beträchtlich höher ist als sein Haltestrom. Die Schaltung nach Fig.2 gestattet nun in sehr einfacher Weise die Reduzierung des durch die Differenz von Ansprech- und Haltestrom bedingten Schaltintervalls auf jeden beliebigen Wert. Dies wird dadurch erzielt, daß zwei Widerstände R, und R6 derart angeordnet sind, daß sie zu den Widerständen R,. bzw. R., über einen Umschaltkontakt X zwischen dem Punkt A und jedem dieser Widerstände parallel geschaltet werden können. Die Anordnung ist dabei so ausgeführt, daß das Auslösen des Relais Re direkt oder über ein anderes Organ das Ausschalten des Widerstandes RI, allein hervorruft oder das Einschalten des Widerstandes R6 allein oder - wie oben erwähnt -die Umschaltung des Punktes A von dem Widerstand R5 zu dem Widerstand R6, wenn man das System symmetrisch erhalten will. Die Werte von R5 und von R6 sind so gewählt, daß die Polarisation des Transistors T variiert wird, bis der Kollektorstrom auf einen Wert gebracht ist, der dem bei Abfall des Relais beliebig nahe ist. Unter diesen Bedingungen genügt eine minimale Änderung von R,,, um das Relais zum Abfallen zu bringen, und man erhält daher ein beliebig kleines Schaltintervall. Die Einstellung eines der Brückenwiderstände ermöglicht es, den gewünschten Arbeitspunkt festzulegen, während die Widerstände R, und R6 für das Halteverhältnis des Relais maßgebend sind.It is known that the operating current of a relay is considerably higher is than its holding current. The circuit according to FIG. 2 is now very simple Way, the reduction of the caused by the difference between the response and holding current Switching interval to any value. This is achieved by having two Resistors R, and R6 are arranged to be connected to resistors R,. respectively. R., via a changeover contact X between point A and each of these resistors can be connected in parallel. The arrangement is designed so that the Triggering the relay Re directly or via another organ, switching off the resistance RI, causes alone or the switching on of the resistor R6 alone or - like mentioned above -the switching of the point A from the resistor R5 to the resistor R6, if you want to keep the system symmetrical. The values of R5 and R6 are chosen so that the polarization of the transistor T is varied until the collector current is brought to a value that is arbitrarily close to that when the relay drops. Under A minimal change in R ,, to cause the relay to drop out is sufficient for these conditions to bring, and one therefore obtains an arbitrarily small switching interval. The setting one of the bridge resistors makes it possible to set the desired operating point, while the resistors R, and R6 are decisive for the hold ratio of the relay.

Die Anordnung nach der Erfindung ist auch dazu geeignet, Regelstrecken präzis zu regeln, die eine gewisse Trägheit besitzen. Bei den normalen Systemen ist das übliche Regeldiagramm das der F i g. 3. In diesem Diagramm ist auf der Abszisse die Zeit t und auf der Ordinate die Regelgröße G (z. B. die Temperatur) aufgetragen. Die Geraden P und Q schließen das Schaltintervall I ein, wobei längs der Linie Q die Öffnungsbedingungen . und längs der Linie P die Schließbedingungen erfüllt sind. Die Öffnungs- und Schließzyklen sind mit a und c bezeichnet. Wie aus F i g. 3 ersichtlich, besteht hier eine Abweichung D der geregelten Größe, die größer ist als das Schaltintervall 1, das durch die Schaltung nach F i g. 2 beliebig reduziert werden kann. Eine weitere Reduktion der zyklischen Ausschläge der Regelgröße, die der Trägheit unterliegt, wird erhalten, wenn die Regelung bei der unteren Grenze des Schaltintervalls beginnt, d. h. (F i g. 4) auf der Linie Q' anstatt auf der Linie P', und in dem Intervall P'Q' einen Öffnungs- und Schließzyklus bewirkt, dessen Verhältnis von der Lage der Größe in dem Bereich P'Q' abhängt, und wenn die Periode des Zyklus der Trägheit des Systems proportional ist. So wird ein Regeldiagramm der in F i g. 4 dargestellten Art erhalten, bei dem, wie ersichtlich, der Ausschlag D' der geregelten Größe leicht innerhalb des Schaltintervalls I der Wirkungsvorrichtung gehalten werden kann.The arrangement according to the invention is also suitable for precisely regulating controlled systems which have a certain inertia. In normal systems, the usual rule diagram is that of FIG. 3. In this diagram, the time t is plotted on the abscissa and the controlled variable G (e.g. the temperature) is plotted on the ordinate. The straight lines P and Q enclose the switching interval I , with the opening conditions along the line Q. and the closing conditions are met along the line P. The opening and closing cycles are denoted by a and c. As shown in FIG. 3, there is a deviation D of the controlled variable which is greater than the switching interval 1, which is caused by the circuit according to FIG. 2 can be reduced as required. A further reduction in the cyclical deflections of the controlled variable, which is subject to inertia, is obtained if the control begins at the lower limit of the switching interval, ie (FIG. 4) on line Q 'instead of line P', and in causes an opening and closing cycle in the interval P'Q ', the ratio of which depends on the position of the quantity in the area P'Q' and if the period of the cycle is proportional to the inertia of the system. Thus, a rule diagram of the in FIG. 4 obtained, in which, as can be seen, the deflection D 'of the controlled variable can easily be kept within the switching interval I of the active device.

Eine solche Regelung läßt sich sehr einfach durch eine Abwandlung des Kreises der F i g. 2 entsprechend den F i g. 5 oder 6 erhalten. In diesen Figuren sind die Teile, die denen der F i g. 2 entsprechen, mit gleichen Bezugszeichen versehen. Nach F i g. 5 wird zu dem Schaltbild der F i g. 2 ein RC-Glied hinzugefügt, das aus einem Widerstand R7 und einer Kapazität K besteht. Diese Serienschaltung wird zwischen dem PunktA und einem Umschaltkontakt Y geschaltet. Die Widerstände R., und R6 sind so ausgelegt, daß für R,, innerhalb bestimmter Werte das Ansprechen des Relais Re durch Umschalten des PunktesA von R5 auf R6 mit dem UmschaltkontaktX den das Relais Re durchfließenden Strom unterhalb des Ansprechwertes bringt und umgekehrt, um so eine unstabile Funktionszone zu erhalten. Gleichzeitig mit dem Umschalten von R5 auf R6 wird die Gruppe R7K in umgekehrter Weise derart umgeschaltet, daß der Laststrom des Kondensators K, indem er durch den Widerstand R7 fließt, für einen Zeitraum, der von der Konstante R7K abhängt, die Wirkung von Rp R6 aufhebt und die darauffolgende Auslösung beliebig verzögert. Mit a und c sind die I und Y entsprechenden Positionen bezeichnet. Dieser Vorgang wiederholt sich, bis R,, sich innerhalb des Intervalls der Unstabilität hält, das beliebig mit den Werten von R., R6 eingestellt werden kann. Gemäß F i g. 6 wird an Stelle der beiden Widerstände R5, R6 ein einziger Widerstand R" verwendet, der von einem Umschaltkontakt XI umgeschaltet wird, der vom Relais Re gesteuert wird. Die Kondensatoren KZ, K3 haben den Zweck, die durch die Umschaltung des Widerstandes R6 erzielte Wirkung zu verzögern.Such a scheme can be modified very easily of the circle of F i g. 2 according to the F i g. Get 5 or 6. In these figures are the parts that correspond to those of FIG. 2 correspond to the same reference numerals. According to FIG. 5 becomes the circuit diagram of FIG. 2 an RC element added, the consists of a resistor R7 and a capacitance K. This series connection is connected between point A and a changeover contact Y. The resistors R., and R6 are designed in such a way that the response for R ,, is within certain values of relay Re by switching point A from R5 to R6 with changeover contactX brings the current flowing through the relay Re below the response value and vice versa, in order to obtain an unstable functional zone. Simultaneously with that Switching from R5 to R6, the group R7K is switched in the opposite way in such a way that that the load current of the capacitor K by flowing through the resistor R7 for a period of time that depends on the constant R7K cancels the effect of Rp R6 and the subsequent triggering can be delayed as required. With a and c are the I and Y designated corresponding positions. This process is repeated until R ,, keeps within the interval of instability, whatever the values from R., R6 can be set. According to FIG. 6 is used in place of the two resistors R5, R6 a single resistor R "is used, which is switched by a changeover contact XI controlled by relay Re. The capacitors KZ, K3 have the purpose of to delay the effect achieved by switching the resistor R6.

Die dargestellten Schaltungen sind besonders zur Temperaturregelung geeignet, wenn R,, ein Widerstand mit hohem Temperaturkoeffizienten ist (Heißleiter). Diese Anwendung hat im Vergleich zu dem gewöhnlichen Thermostaten den Vorteil, daß das wärmeempfindliche Element sehr klein ist und in sehr kleine Hohlräume eingeführt werden kann, das im Grenzfall aber eine thermische Trägheit in der Größenordnung eines Bruchteiles einer Sekunde pro °C haben kann. Das wärmeempfindliche Element kann außerdem in beliebigem Abstand vom Regler angebracht werden. Werden mehrere wärmeempfindliehe Elemente, die entsprechend verbunden sind, verwendet, ist es möglich, mit einem einzigen Temperaturregler die Durchschnittstemperatur von mehreren Räumen oder mehreren Punkten eines einzigen Raumes zu regeln, wobei auch verschiedenen Punkten oder Räumen, die geregelt werden, eine verschiedene Rangordnung zugeteilt werden kann. Gegenüber Schwankungen der Versorgungsspannung ist die Schaltung schon durch die Anordnung der Grundemissionsdiode des Transistors im Diagonalzweig einer Brücke sehr unempfindlich. Wenn jedoch die Versorgungsstromquelle sehr inkonstant sein sollte, kann einfach die Widerstandsbrücke allein stabilisiert werden, z. B. mit einer Zenerdiode Z, die z. B. gemäß F i g. 7 angeordnet wird oder für Zwecke, die eine größere Präzision erfordern, mit zwei entsprechenden stabilisierenden Elementen Z und 4, die F i g. 8 entsprechend angeordnet sind.The circuits shown are especially for temperature control suitable if R ,, is a resistor with a high temperature coefficient (NTC thermistor). This application has the advantage over the usual thermostat that the thermosensitive element is very small and inserted into very small cavities can be, but in the borderline case a thermal inertia of the order of magnitude of a fraction of a second per ° C. The heat sensitive element can also be placed at any distance from the controller. Will be several heat-sensitive elements that are connected accordingly, it is possible to the average temperature of several rooms with a single temperature controller or to regulate several points of a single room, also being different Points or rooms that are regulated are assigned a different ranking can be. Compared to fluctuations in the supply voltage the circuit already by the arrangement of the basic emission diode of the transistor very insensitive in the diagonal branch of a bridge. However, if the supply power source should be very inconsistent, the resistor bridge alone can be stabilized be e.g. B. with a Zener diode Z, the z. B. according to FIG. 7 is ordered or for purposes that require greater precision, with two corresponding stabilizing ones Elements Z and 4, the F i g. 8 are arranged accordingly.

Die Regelanordnung nach der Erfindung bewirkt ferner eine kontinuierliche Serie von Öffnungen und Schließungen bestimmter Frequenz in dem der Lage und Größe nach veränderbaren Schaltintervall, wobei das Halteverhältnis von der Lage der Größe abhängt, die in dem Schaltintervall geregelt werden soll und wobei außerhalb desselben stabile Positionen von »offen« und »geschlossen« erreicht werden.The control arrangement according to the invention also causes a continuous Series of openings and closings of certain frequency in which the location and size according to changeable switching interval, whereby the holding ratio depends on the position of the size depends, which is to be regulated in the switching interval and being outside of the same stable positions of "open" and "closed" can be achieved.

Um die Rückwirkung, die beim Durchgang des Stromes des Relais Re durch den Widerstand R4 auftritt, möglichst stark zu begrenzen, kann dieser Widerstand R4 durch eine Zenerdiode ersetzt werden, die durch Stabilisierung der Spannung des Emitters einen niedrigen dynamischen Widerstand bietet und den Verstärkungseffekt des Transistors T stark erhöht.To the reaction that occurs when the current of the relay Re This resistance can limit the resistance R4 as much as possible R4 can be replaced by a Zener diode, which stabilizes the voltage of the Emitter offers a low dynamic resistance and the amplification effect of the transistor T is greatly increased.

Claims

Claims: 1. Electrical control arrangement for controlling a physical quantity with a bridge circuit in which at least one branch has a contains variable resistance with the variable to be controlled, with an amplifier whose Input is connected to the bridge diagonal, and with a relay that is in the Output circuit of the amplifier, on which this current acts, thereby characterized in that the bridge can be detuned so that the one in the bridge diagonal flowing, feeding the amplifier input, corresponding to the relay response current Control current is adjustable to a value that any control current is close, which corresponds to the holding current of the relay.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that one or more auxiliary resistors are arranged so that they are parallel with one or as many resistances of the bridge, over one Changeover contact, which is controlled by this relay, can be combined.

3. Arrangement according to claims 1 and 2, characterized in that the combination of auxiliary resistors is such that an unstable equilibrium in that caused by the difference in response current and holding current for the relay set switching interval is reached within which interval a steady series of openings and closings of the relay lies.

4. Arrangement according to claim 1 to 3, characterized in that the switching frequency of the relay in the event of controller instability is reduced by an additional RC element, which the bridge resistor or the bridge resistors each with a compared to the switching sequence opposite of the auxiliary resistors by the Relay is switched on (Fig. 5).

5. Arrangement according to claim 1 to 4, characterized in that the resistance of the RC element is also used as an auxiliary resistor (F i g. 6).

6. Arrangement according to claim 1 to 5, characterized in that that the size of the holding ratio of the relay depends on the instantaneous value to be regulated Size depends within the control range. Considered publications: German Patent No. 827,980; German Auslegeschrift No. 1051978; The relay in practice, 1951, Verlag Albrecht Philler, Minden / Westf., pp. 40/41.