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Anordnung zum Vergleichen von zwei periodischen Vorgängen Die Erfindung
bezieht sich auf eine Anordnung zum Vergleichen von zwei periodischen Vorgängen
für eine Regeleinrichtung, bei der für jeden periodischen Vorgang ein Hilfskondensator
vorgesehen ist, der über ein von dem periodischen Vorgang in Abhängigkeit von dessen
Frequenz gesteuertes Relais einmal in einen eine Gleichstromquelle aufweisenden
Ladekreis und zum anderen in einen Entladekreis mit einem beiden Ladekreisen gemeinsamen
Speicherkondensator eingeschaltet werden kann, dem die beiden Entladeströme mit
entgegengesetzter Phase zugeführt werden und dessen Spannung zum Vergleichen und/oder
zum Regeln herangezogen wird.
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Es ist bereits eine Anordnung dieser Art bekannt, die auf den Unterschied
in der Frequenz zweier Impulsreihen anspricht. Diese bekannte Anordnung weist dabei
zwei Impulsquellen auf, die über Transformatoren und eine elektronische Umschaltvorrichtung
jeweils mit einem Hilfskondensator verbunden sind und diese in Abhängigkeit von
der Frequenz mit Hilfe einer Gleichspannungsquelle aufladen. Die Ladung der Hilfskondensatoren
kann periodisch in einem gemeinsamen Speicherkondensator entladen werden, wobei
die Gleichströme der Hilfskondensatoren dem Speicherkondensator mit entgegengesetzter
Phase zugeführt werden. Die Differenzladung des Speicherkondensators dient dabei
zur Steuerung eines Stellmotors od. dgl.
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Es hat sich in der Praxis gezeigt, daß diese bekannten Anordnungen
entweder nicht regelmäßig arbeiten, indem sich die beiden Hilfskondensatoren in
Abhängigkeit von der Spannung des Speicherkondensators ungleichmäßig Entladen bzw.
daß die Empfindlichkeit der Anordnung bei Verwendung eines Speicherkondensators
mit einer Kapazität, die groß gegenüber der Kapazität der Hilfskondensatoren ist,
gering ist.
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Um diesen Nachteil der bekannten Schaltungen auszuschalten, wird erfindungsgemäß
in den den Speicherkondensator enthaltenden Entladekreis für die Hilfskondensatoren
eine Spannungsquelle mit einer der Spannung des Speicherkondensators entgegengesetzten
Polarität zugeschaltet.
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Hierdurch wird erreicht, daß sich die Hilfskondensatoren stets im
gleichen Ausmaß entladen, ohne daß hierfür eine große Kapazität für den Speicherkondensator
notwendig ist. Es wird eine sehr große Empfindlichkeit der Schaltung gewährleistet,
wie sie sonst nur mit einem Speicherkondensator von relativ kleiner Kapazität erreicht
werden kann. Beide Maßnahmen tragen zum Erreichen einer sehr hohen Genauigkeit der
Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Schaltung bei. Die erfindungsgemäße Maßnahme
läßt sich auf verschiedene Weise verwirklichen. So kann beispielsweise dem Speicherkondensator
ein Gleichstromverstärker parallel geschaltet sein, der einen Verstärkungsfaktor
mit dem Wert 1 oder annähernd 1 besitzt, und dessen Ausgangsspannung dem Entladekreis
mit einer zu der Spannung des Speicherkondensators entgegengesetzten Phase zugeführt
ist. Es kann aber auch ein Gleichstromverstärker mit einem sehr hohen negativen
Verstärkungsfaktor vorgesehen sein, dessen Ausgangsspannung zu dem Speicherkondensator
und dem Vergleichskondensator in Reihe geschaltet ist und dessen Eingangsspannung
durch diese Ausgangsspannung zuzüglich der Spannung des Speicherkondensators gebildet
ist.
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Die Anordnung hat sich als besonders vorteilhaft zum Regeln des Mengenverhältnisses
von durch zwei Leitungen strömenden Medien, beispielsweise Flüssigkeiten, erwiesen.
Zu diesem Zweck wird gemäß einer Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen, daß
in Abhängigkeit von der Durchflußgeschwindigkeit mittels in jeder der Leitungen
angeordneter Durchflußmesser, vorzugsweise volumetrischer Durchflußmesser, periodische
Vorgänge mit einer der Durchflußgeschwindigkeit des betreffenden Mediums proportionaler
Frequenz erzeugt werden und in Abhängigkeit von der Spannung des Speicherkondensators
über
einen Regelkreis die Strömungsgeschwindigkeit in mindestens
einer der Leitungen geregelt wird.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen
an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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F i g. 1 zeigt in schematischer Darstellung eine Schaltung zum Vergleichen
der Frequenzen fA und fB von zwei periodischen Vorgängen A und B. Auf die besondere
Natur dieser Vorgänge.kommt es bei der Behandlung des Grundgedankens der Erfindung
nicht an; um einen Anhaltspunkt zu bieten, kann angenommen werden, daß es sich bei
den Vorgängen A und B um Wechselströme handelt.
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Diese Wechselströme dienen zum Betätigen von zwei Relais RA und RB;
erforderlichenfalls werden die Wechselströme vorher in elektrische Impulse verwandelt,
die z. B. die gleiche Frequenz haben; zu diesem Zweck kann man mit einer Frequenzmultiplikation
oder -division bzw. -teilung arbeiten, doch wird diese Möglichkeit aus Gründen der
Einfachheit hier nicht behandelt; die so gewonnenen Impulse werden den Relais zugeführt.
Auf diese Weise werden die Relais, von denen jedes zwei verschiedene Stellungen,
nämlich die Stellung 1 bzw. die Ladestellung und die Stellung 2 bzw. die Entladestellung
einnehmen kann, mit den Frequenzen fA bzw. fB umgeschaltet. Das Relais RA bildet
zusammen mit einem als Hilfskondensator wirkenden Kondensator CA einen von zwei
parallelgeschalteten Zweigen, während der andere dieser Zweige das Relais RB und
einen als Hilfskondensator wirkenden Kondensator Ca umfaßt.
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Diese Zweige sind in Reihenschaltung mit einem als Speicherkondensator
wirkenden Kondensator Cy verbunden, dessen Spannung mit e bezeichnet wird.
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Die Schaltung wird durch eine mit ihr parallelgeschaltete Quelle für
eine konstante Gleichspannung E und einen Spannungsteiler S vervollständigt. Die
Kontakte 1 der beiden Relais sind an die Klemmen des Spannungsteilers S angeschlossen,
und die Verbindungsstelle der beiden Kondensatoren CA und CB liegt an dem verstellbaren
Mittelkontakt des Spannungsteilers.
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Erfindungsgemäß ist nun in dem Entladekreis für die Hilfskondensatoren
CA und CD eine Spannungsquelle U eingeschaltet, die eine der Spannung des
Speicherkondensators Cy entgegengesetzte Polarität besitzt. Diese Spannungsquelle
U ist, wie in F i g. 1 durch ihre Verknüpfung mit dem Speicherkondensator Cp schematisch
angedeutet ist, steuerbar. Ausführungsbeispiele hierfür zeigen die folgenden F i
g. 1 bis 5.
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Wenn sich die Relais in der Stellung 1 befinden, wird der Hilfskondensator
CA auf die Spannung VA aufgeladen, während der Hilfskondensator CB auf die
Spannung VB aufgeladen wird. Wenn sich die Relais in der Stellung 2 befinden, entladen
sich die beiden Hilfskondensatoren über den Speicherkondensator Cv; der Kondensator
CA liefert einen Gleichstrom !A, während der Hilfskondensator CB einen Gleichstrom
i13 abgibt; die Größe dieser Ströme ergibt sich als zeitlicher Mittelwert aus der
folgenden Beziehung: ZA=fA-CA-YA und iB = fB . CB , VB.
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Diese Ströme werden dem Kondensator Cv in entgegengesetzter Phase
zugeführt. Die obigen Formeln gelten genau nur dann, wenn die Kapazitäten der beiden
Hilfskondensatoren im Vergleich zur Kapazität des Speicherkondensators klein sind
und die Spannung e im Vergleich zu den Spannungen VA und VB ebenfalls klein ist.
Es ist jedoch nicht erforderlich, diesen Anforderungen zu entsprechen, wenn von
der Kompensationsschaltung Gebrauch gemacht wird, die weiter unten an Hand von F
i g. 2 und 3 beschrieben wird.
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In dem Entladungskreis der beiden Hilfskondensatoren liegen im allgemeinen
mehrere Widerstände, die die Entladeströme auf einen zulässigen Wert begrenzen.
Diese Widerstände sind in die Schaltbilder nicht eingezeichnet. Das Produkt aus
der Kapazität von CA und dem Wert des Begrenzungswiderstandes soll genügend klein
sein, um eine vollständige oder im wesentlichen vollständige Entladung des Kondensators
CA zu gewährleisten, wenn man die Kontaktzeit des Relais RA berücksichtigt. Das
gleiche gilt entsprechend für den Kondensator C$.
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Die Spannung e des Speicherkondensators Ur ist durch nachstehende
Formel gegeben:
Diese Spannung oder eine aus ihr z. B. im Wege der Verstärkung, Integration und/oder
Differentiation abgeleitete Größe ist ein Maß für das Verhältnis oder den Unterschied
zwischen den Frequenzen f4 und fB. Die Spannung e kann gemessen, registriert oder
zum Regeln der Frequenzen in Bezug zueinander benutzt werden.
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Wenn das Verhältnis der Frequenzen von selbst im Bereich eines spezifischen
Wertes p
verbleibt oder wenn mit einer solchen Regelung gearbeitet wird, daß sich das Verhältnis
dieser Frequenzen diesem Wert wenigstens annähert, gibt man den Größen CA, VA, CB
und VB zweckmäßigerweise solche Werte, daß sich die nachstehende Beziehung
ergibt:
Dies bedeutet, daß iA = !B, wenn das Verhältnis fA tatsächlich den Wertp
hat. Wenn dies der Fall ist, besitzt die Spannung e einen konstanten Wert, der gleich
Null sein oder von Null abweichen kann.
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Wenn die Schaltung in der Praxis angewendet wird, kann man z. B. dafür
sorgen, daß die Spannung e den Generator für den Wechselstrom Bin einer in der Regeltechnik
bekannten Art beeinflußt, und zwar im vorliegenden Fall über einen Proportionalregler
oder einen integrierenden Regler oder über ein Regelgerät mit proportionaler und
integrierender Wirkung, so daß das Verhältnis
konstant ist. Dieser konstante Wert kann gleich 1 sein, doch kann er auch einen
von 1 abweichenden Wertp besitzen. Im letzteren Falle sieht man eine Schaltung für
eine Frequenzteilung oder -multiplikation vor. Der Grad p, in dem die Teilung
oder
Vervielfachung durchgeführt wird, läßt sich kontinuierlich dadurch regeln, daß man
das Verhältnis
B. durch Verstellen des Spannungsteilers oder aber das Verhältnis verändert.
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Wenn man einen Regler mit integrierender
Wirkung oder aber einen schneller arbeitenden Regler mit proportionaler und integrierender
Wirkung verwendet, wird die über die Regelperiode integrierte Abweichung von dem
gewünschten Frequenzverhältnis
nahezu auf Null reduziert. Während dieses Regelungsvorgangs kann es natürlich vorkommen,
daß eine zeitweilige Abweichung des Frequenzverhältnisses von dem Wertp absichtlich
hervorgerufen oder zugelassen wird. Wenn nämlich das Frequenzverhältnis vorher eine
Zeitlang kleiner bzw. größer war als p, so muß hierfür dadurch ein Ausgleich geschaffen
werden, daß man danach dieses Verhältnis während einer gewissen Zeitspanne größer
bzw. kleiner als p hält, um die integrierte Abweichung auf Null zurückzuführen.
Da das Ziel darin besteht, einen über die Zeit Bemittelten konstanten Wert von p
zu gewährleisten, müssen während der Regelungsperiode zeitweilige Abweichungen vom
Sollwertp stattfinden.
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Es wird vielfach vorgezogen, die Regelung so durchzuführen, daß der
Wert e ständig gleich Null oder annähernd Null ist.
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Wenn die Frequenzen verhältnismäßig niedrig sind, verwendet man mechanische
Relais; bei höheren Frequenzen kann man mit elektronischen Relais arbeiten. Die
Kontaktzeiten für die mechanischen Relais sollen natürlich derart sein, daß eine
ausreichende Zeit für das Aufladen und Entladen der Kondensatoren zur Verfügung
steht.
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Bezüglich des Speicherkondensators sei folgendes bemerkt. Die Zeitkonstante
dieses Kondensators, d. h. das Produkt aus der Kapazität und dem gesamten Parallelwiderstand,
welch letzterer durch den Ableitungswiderstand des Kondensators und den Widerstand
des mit dem Kondensator parallelgeschalteten Kreises gebildet wird, besitzt gewöhnlich
einen hohen Wert; wenn man einen geeigneten Kondensator vorsieht, insbesondere wenn
das Dielektrikum in geeigneter Weise gewählt ist (Epoxyharze, Polystyrol, Polyester,
Polyäthylen), kann diese Zeitkonstante ohne weiteres einige Stunden betragen. Diese
Zeitkonstante bildet nach Lage der Dinge den Informationsspeicher der Schaltung;
wenn die Schaltung zur Regelung mit integrierender Wirkung benutzt wird, wird es
vorgezogen, als Informationsspeicher eine Zeitspanne von einigen Stunden vorzusehen.
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Bezüglich der Bestimmung der Größe von Cv gelten außerdem die folgenden
Betrachtungen. Die Größe der jedesmal von CA oder CB an Cv abgegebenen Ladung
soll im allgemeinen im Vergleich mit der von dem Speicherkondensator maximal aufnehmbaren
Ladung klein sein. Diese maximale Ladungsmenge wird durch die maximale Spannung
begrenzt, die man an den Kondensator anlegen kann, und diese Spannung richtet sich
wiederum im allgemeinen nach der an den Speicherkondensator angeschlossenen Einrichtung,
insbesondere nach den beim Betrieb dieses Systems auftretenden Antriebsproblemen,
wenn man das System bis zur Grenze seines Antriebsbereichs ausnutzt. Ferner kann
man die Kapazität von Cv nicht auf einen beliebig großen Wert erhöhen, denn anderenfalls
würde sich eine zu geringe Empfindlichkeit der Schaltung ergeben.
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Für die Praxis ergibt sich aus den vorstehenden Ausführungen, daß
ein hoher Wert von Cv tatsächlich möglich ist, jedoch nicht ein Wert, der im Vergleich
zu CA bzw. CB sehr groß ist. Entsprechend wird auch die benutzte Spannung
VA im Vergleich zu e nur eine mäßige Größe besitzen.
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Die beschriebene Schaltung läßt sich nicht nur zum Vergleichen, Teilen
oder Vervielfachen von Frequenzen, sondern auch zu anderen Zwecken verwenden. Wenn
die Spannung e konstant bleibt, gilt die Beziehung f-4 CA VA = fB CB
VB .
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Statt der Frequenzen fA und fB kann man somit auch die Spannungen
VA und VB oder die Kapazitäten CA und CB vergleichen und ihre Beziehung
regeln.
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Ferner ist es möglich, die Größe von CA, CB und/ oder
VA, VB von Größen abhängig zu machen, die nicht in unmittelbarer Beziehung
zu den Frequenzen der periodischen Vorgänge stehen, z. B. von der Temperatur und/oder
dem Druck. Wie weiter unten erläutert, kann man auf diese Weise einen Temperatur-
und/oder Druckausgleich erzielen.
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F i g. 2 veranschaulicht schematisch eine mögliche Ausbildung der
obenerwähnten Kompensationsschaltung. Diese Schaltung ähnelt derjenigen nach F i
g.1, abgesehen davon, daß eine Spannungsquelle zwischen den Punkten 3 und
4 in den Kreis eingeschaltet ist, der durch den Speicherkondensator Cv und
die Paralellschaltung mit CA, RA, CB und RB
gebildet wird, welche eine
Spannung liefert, die ständig gleich oder annähernd gleich der Spannung e des Speicherkondensators
ist, jedoch in dem erwähnten Kreis in der entgegengesetzten Richtung wirkt. Zu diesem
Zweck wird die Spannung des Speicherkondensators dem Eingang eines Verstärkers T1
mit einem Verstärkungsfaktor von -I-1 zugeführt; die Klemmen, zwischen denen die
Ausgangsspannung e dieses Verstärkers auftritt, sind mit 3 und 4 bezeichnet. Für
die Zwecke der Praxis reicht es aus, wenn der Verstärkungsfaktor annähernd gleich
-I--1 ist, wie es z. B. bei Verstärkern der Kathodenfolgeschaltungsbauart der Fall
ist.
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Hierdurch wird gewährleistet, daß die Hilfskondensatoren
CA und CB vollständig entladen werden, da die Belege beider Kondensatoren
während des Entladungsvorgangs auf das gleiche oder im wesentlichen gleiche Potential
gebracht werden.
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Die Spannung e zwischen den Punkten 3 und 4 kann vorteilhaft zum Registrieren,
Messen oder gegebenenfalls zum unmittelbaren oder mittelbaren Regeln der Frequenzen
der periodischen Vorgänge benutzt werden.
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Bei der in F i g. 3 gezeigten Schaltung wird das gleiche Ergebnis
mit Hilfe eines Verstärkers T2 erzielt, der einen sehr hohen negativen Verstärkungsfaktor
besitzt. Dieser Operationsverstärker kann z. B. ein dreistufiger Gleichstromverstärker
mit einem Verstärkungsfaktor von annähernd 1000 sein. Die zwischen den Punkten 5
und 6 erscheinende Ausgangsspannung dieses Verstärkers liegt in Reihe mit dem Speicherkondensator
Cv und dem Parallelkreis RA, CA, RB und CB. Der Verstärker T2 gewährleistet,
daß die Spannung zwischen 5 und 6 im wesentlichen gleich der Spannung e an dem Speicherkondensator
dieser Spannung jedoch entgegengesetzt ist; die Gesamther
dieser
Spannungen liegt praktisch an den Eingangsklemmen 7 und 8 des Verstärkers, so daß
eine Kompensation automatisch in der Weise erfolgt, daß praktisch keine Potentialdifferenz
an den Klemmen 7 und 8 auftritt. Die Spannung zwischen den Punkten 5 und 6 kann
gemessen, registriert oder geregelt werden.
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F i g. 4 zeigt eine Schaltung für die Regelung von zwei nichtperiodischen
Vorgängen, und zwar im vorliegenden Falle für die Regelung des Verhältnisses der
durch zwei Leitungen Z, und Z2 geförderten Flüssigkeitsströme S2, und .522. In jeder
Leitung liegt ein Meßgerät M, bzw. M2, und die Ausgangssignale dieser Meßgeräte
stellen jeweils einen periodischen Vorgang dar, dessen Frequenz ein Maß für die
Strömungsgeschwindigkeit der betreffenden Flüssigkeit ist. Vorzugsweise verwendet
man volumetrische Durchflußmesser, da diese sehr genaue Messungen ermöglichen.
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Das Ausgangssignal des Meßgeräts M, besteht aus elektrischen Impulsen
mit einer Frequenz fA, die der Strömungsgeschwindigkeit in der Leitung Z, proportional
ist. Es kommt jedoch nicht darauf an, daß diese Frequenz gleich der Zahl der Umdrehungen
des benutzten Durchflußmessers ist. Das gleiche gilt für das Meßgerät M2, das Impulse
mit einer Frequenz fB liefert.
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Die Impulsfrequenzen fA und fB betätigen die Relais RA und
RB, die in einer Schaltung liegen, welche im wesentlichen derjenigen nach F i g.
3 ähnelt. Das Schaltbild in F i g. 4 zeigt jedoch gegenüber der Schaltung nach F
i g. 3 zwei Verbesserungen.
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Die bei der Ladestellung an den Kondensator CA
angelegte Spannung
ist nicht unmittelbar der Spannungsquelle E und dem Spannungsteiler S entnommen,
sondern mittelbar über zwei in Reihe -geschaltete Widerstände Rt, und R,. Die an
dem Widerstand R,_ liegende Spannung wird dem Hilfskondensator CA
zugeführt.
In ähnlicher Weise sind in der anderen Hälfte der Schaltung die Widerstände Rt,
und R2 hintereinandergeschaltet. Bei den Widerständen Rtl und Rt, handelt es sich
um Widerstandsthermometer, die sich auf der Temperatur t, bzw. t2 der Flüssigkeiten
in den beiden Leitungen befinden. Die Widerstände R1 und R2 sind im Vergleich zu
den Widerständen der Thermometer groß. Auf diese Weise kann man die Volumenmessungen
der beiden Durchflußmesser im Hinblick auf Temperaturunterschiede korrigieren.
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Die gewünschte Korrektur kann natürlich auch dadurch erzielt werden,
daß man die Größe der Kapazitäten der Kondensatoren CA und CB entsprechend
den gemessenen Temperaturen variiert; ferner ist es möglich, die Einstellung des
Potentiometers S, insbesondere z. B. die Einstellung des mittleren Kontaktes, von
den Temperaturen t, und t2 .abhängig zu machen.
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Dem Gleichstromverstärker kann man in bekannter Weise eine Arbeitspunktstabilisierung
zwischen den Klemmen 7, 8 und Erde zuordnen, die gewährleistet, daß die richtige
Einstellung des Verstärkers aufrechterhalten bleibt.
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Die Spannung zwischen den Klemmen 5 und 6, die gleich der Spannung
e des Speicherkondensators Cp, dieser jedoch entgegengesetzt ist, dient zum Regeln
von S22 und wird zu diesem Zweck einem Regler P zugeführt, der ein Regelventil K
in der Leitung Z2 steuert. Der Regler P kann so ausgebildet sein, daß er _gleichzeitig
proportional und integrierend wirkt. Das Ventil K kann z. B. pneumatisch betätigt
werden. Da der Regler P und die Arbeitsweise des Ventils K in der Regeltechnik bekannt
sind, dürfte sich eine nähere Beschreibung erübrigen.
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Aus den vorstehenden Ausführungen ist ersichtlich, i daß der Strom
in der Leitung Z2 so geregelt werden kann, daß die von einem bestimmten Augenblick
an zugeführte Gesamtmenge S22 der Flüssigkeit in einem bestimmten Verhältnis zur
gesamten Menge.S2, der anderen Flüssigkeit steht, die vom gleichen Augenblick an
und während der gleichen Zeitspanne zugeführt wird.
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Der Vorteil des erfindungsgemäßen Regelungsverfahrens besteht darin,
daß dieses Verhältnis durch Verstellen des Spannungsteilers S auf äußerst einfache
Weise unmittelbar und außerdem kontinuierlich eingestellt werden kann. In der Praxis
richtet sich die Genauigkeit des gesamten Verfahrens nach der Arbeitsgenauigkeit
der Meßgeräte Ml und M2, d. h. unter günstigen Bedingungen kann man einen Genauigkeitsgrad
von 0,15 °/o erreichen. Da das Gerät für vollelektrischen Betrieb ausgebildet werden
kann, braucht man keine mechanischen Verbindungen von den Durchflußmessern zu den
Schaltgeräten und der Regelungseinrichtung vorzusehen, wodurch weitere Schwierigkeiten
wegfallen. Das Gerät arbeitet sofort in der richtigen Weise, und es brauchen keine
Betriebsversuche durchgeführt zu werden. Dies bedeutet, daß man von Flüssigkeiten
einer Art auf Flüssigkeiten anderer Art oder von einem Verhältnis zu einem anderen
übergehen kann, ohne daß Zeit-
und Produktionsverluste eintreten.
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Bei den Meßgeräten M, und M2 handelte es sich um volumetrische Durchflußmesser.
Der Durchflußmesser M, arbeitete mit einer Drehzahl von etwa einer Umdrehung in
der Minute und gab an das Relais RA ein Signal von 9 Hz ab. In der Praxis
liegt die Signalfrequenz dieser Meßgeräte allgemein zwischen 1 und 10 Hz. Die beiden
Relais RA und RB waren als mechanische Relais der polarisierten Bauart ausgebildet.
Die Spannungsquelle E lieferte eine Spannung von 150 Volt; der Spannungsteiler S
war so eingestellt, daß VA 75 und VB etwa 60 Volt betrug. In den Zeichnungen
ist die Spannungsquelle E durch einen Akkumulator wiedergegeben, doch kann man in
der Praxis eine gleichgerichtete und gegebenenfalls stabilisierte Wechselspannung
verwenden.
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Bei den Kondensatoren CA und CB handelte es sich um Polystyrolkondensatoren
von 0,03 Mikrofarad. Mit jedem dieser Kondensatoren war ein Begrenzungswiderstand
von 150 000 Ohm (nicht dargestellt) in Reihe geschaltet.
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Bei dem Kondensator Cv handelte es sich um einen Polystyrolkondensator
von 3,3 Mikrofarad. Die Zeitkonstante dieses Kondensators betrug etwa 20000 Sekunden;
die RC-Zeit dieses Kondensators zusammen mit dem damit parallelgeschalteten Kreis
betrug annähernd 12 000 Sekunden. Bei der Schaltung war ein weiterer, den Kondensator
Cv überbrückender Schalter vorgesehen, der es ermöglichste, diesen Kondensator zeitweilig
kurzzuschließen. Insgesamt wurden in der oben beschriebenen Weise 800 t des Erzeugnisses
abgegeben, wobei die Genauigkeit der Zusammensetzung des Gemisches etwa
0,10/, betrug. Das beschriebene Gerät eignet sich insbesondere für das unmittelbare
Abgeben des Erzeugnisses, d. h., es ist nicht erforderlich, für das fertige Produkt
Lagerbehälter bereitzustellen. Wenn das Mischungsverhältnis
geändert
werden oder auf ein vollständig anderes Erzeugnis übergegangen werden soll, so kann
dies nahezu unmittelbar und praktisch ohne Zeit- und Produktionsverluste geschehen.
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In der chemischen Industrie ist es möglich, z. B. das Verhältnis verschiedener
Ströme zu messen und/ oder zu regeln, die einem Reaktionsgefäß zugeführt werden.
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Ferner kann man den Strom eines bestimmten Mediums in zwei oder mehr
Teilströme aufteilen, bei denen die Durchsatzgeschwindigkeiten in einem festen Verhältnis
zueinander stehen. Diese Aufgabe kann z. B. dann gestellt sein, wenn mehrere Aggregate,
z. B. Reaktoren, Mischer, Separatoren, Destillationskolonnen oder Extraktionskolonnen,
parallel geschaltet sind und von einer einzigen Quelle aus gespeist werden sollen.
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Die Erfindung ermöglicht es auch, die Gesamtmenge eines Materials,
z. B. einer Flüssigkeit oder eines Gases, zu messen, das innerhalb einer bestimmten
Zeitspanne durch eine Leitung gefördert wird. F i g. 5 zeigt die bei einer solchen
Messung benutzte Schaltung sowie weitere Geräte; diese Anordnung arbeitet als integrierender
Durchflußmesser.
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Durch eine Leitung 4 strömt eine Flüssigkeit mit einer Dichte d; es
soll die gesamte während einer bestimmten Zeit durch die Leitung geförderte Flüssigkeitsmenge
gemessen und erforderlichenfalls registriert werden. Wenn man das die Leitung in
der Zeiteinheit durchströmende Flüssigkeitsvolumen mit F bezeichnet, ist die Masse
X, die je Zeiteinheit gefördert wird, gleich d # F. Man erhält die gesamte Masse
dadurch, daß man X als Funktion der Zeit integriert.
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In die Leitung L1 ist ein Meßgerät M1 eingeschaltet, dessen Ausgangssignal
aus elektrischen Impulsen besteht, deren Frequenz fA der Strömungsgeschwindigkeit
der Flüssigkeit und damit auch der Größe F proportional ist.
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Die Dichte der Flüssigkeit wird mit Hilfe eines Meßgeräts M3 kontinuierlich
gemessen; dieses Gerät erzeugt als Ausgangssignal eine variierende Gleichspannung
EA, die der Dichte d proportional ist.
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Die Schaltung nach F i g. 5 ähnelt im übrigen im wesentlichen derjenigen
nach F i g. 4. Es sei jedoch bemerkt, daß in F i g. 5 das Zeichen Es eine
konstante Gleichspannung bezeichnet, und daß bei H ein Generator vorgesehen ist,
der elektrische Impulse mit einer Frequenz fB liefert, deren Wert sich nach der
Spannung zwischen den Klemmen 5 und 6, d. h. der Spannung e des Speicherkondensators,
richtet.
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Wenn e konstant ist, gilt folgende Beziehung: EA.CA.fA=EB.CB.fB. Wenn
die Kapazitäten CA und CB gleich groß sind, so ist EA - fA
= EB - fB. Im Hinblick auf das weiter oben Gesagte kann man diese
Beziehung auch wie folgt schreiben: d - F = Cl # fB. Hierin ist Cl eine Konstante.
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Die Frequenz fB ist somit ein Maß für den die Leitung in der Zeiteinheit
durchsetzenden Massenstrom. Ein Zählgerät TM, das durch Impulse mit der Frequenz
fB betätigt wird, zeigt dann den über die Zeit integrierten Massenstrom durch die
Leitung L1 an.
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Die Spannung e wirkt als Steuerspannung auf die Frequenz fs des Generators
H; diese Steuerung gewährleistet, daß die Spannung e mindestens annähernd
konstant bleibt; infolgedessen wird die obenerwähnte Beziehung tatsächlich erfüllt.
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Bei dem Generator H kann es sich z. B. um einen Multivibrator handeln.
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Wenn die Zahl der Impulse mit der Frequenz fA ebenfalls mit Hilfe
eines Zählgeräts gemessen wird, erhält man zusätzlich eine Anzeige des gesamten
innerhalb einer bestimmten Zeitspanne abgegebenen Flüssigkeitsvolumens.
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Durch eine geringfügige Abänderung der Anordnung nach F i g. 5 kann
man diese in ein Regelgerät verwandeln, das an Stelle einer Frequenz eine Spannung
liefert, die ein Maß für den Augenblickswert des Massenstroms durch die Leitung
L1 ist. Mit Hilfe dieser eine Steuerspannung darstellenden Spannung kann man z.
B. einen Vorgang steuern, bei dem die durch die Leitung strömende Flüssigkeit eine
Rolle spielt; diese Steuerung richtet sich somit nach dem Augenblickswert der Größe
X = d - F.
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Zu diesem Zweck werden die folgenden Änderungen vorgenommen: Das Relais
RB wird jetzt durch Impulse mit einer konstanten Frequenz betätigt, wobei diese
Frequenz z. B. von der Netzfrequenz abgeleitet oder ihr gleich ist; ferner wird
der Generator H durch einen Verstärker ersetzt, und zwar vorzugsweise in Kombination
mit einer Integrationsschaltung. Das Ausgangssignal dieses Verstärkers der genannten
Kombination tritt an die Stelle der konstanten Spannung EB. Dieses Signal bildet
gleichzeitig die gewünschte Steuergröße. Die Ausbildung der Schaltung gewährleistet,
daß die Spannung e einen konstanten Wert beibehält, der gleich Null ist, wenn der
Verstärker in Kombination mit einer Integrationsschaltung benutzt wird. In diesem
Fall gilt folgende Beziehung: EA.fA=EB.fB.
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Hieraus folgt, daß Es = C2 # F - d.
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Hierin ist C2 eine Konstante. Somit ist in diesem Fall EB dem Wert
d - F, d. h. dem Augenblickswert des Massenstroms, proportional.