DE1292417B

DE1292417B - Electrical process control device

Info

Publication number: DE1292417B
Application number: DEST24578A
Authority: DE
Original assignee: STEGHART FRITZ LUDWIG FELIX
Current assignee: STEGHART FRITZ LUDWIG FELIX
Priority date: 1964-10-30
Filing date: 1965-10-29
Publication date: 1969-04-10
Also published as: CH463602A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Verfahrensregelvonichtung, bei welcher ein stetiges Regelabweichungssignal mittels eines bistabile Schaltmittel aufweisenden Zweipunktreglers und einer Rückführung in ein impulsbreitenmoduliertes Impulssignal zur Steuerung eines stetigen Steilantriebs umgewandelt wird.The invention relates to an electrical process control device, in which a constant control deviation signal by means of a bistable switching means having two-point controller and a feedback in a pulse width modulated Pulse signal to control a continuous steep drive is converted.

Vollstetige Regelvorrichtungen für Verfahrensregelstrecken waren bisher in der Praxis hauptsächlich in Form verschiedener pneumatischer Regler vertreten, die billiger als vollstetige elektrische bzw. elektronische Regler waren. Derartige pneumatische Regler benötigen für ihren Betrieb Druckluft oder ein anderweitiges Druckströmungsmittel; in Anwendungsfällen, wo Druckluft bzw. ein sonstiges Druckströmungsmittel nicht ohnehin in der zu regelnden Anlage zur Verfügung steht, sondern eigens für die Regelvorrichtung erzeugt werden muß, bedeutet dies eine unerwünschte Komplizierung, zumal die der Erzeugung des Druckströmungsmittels dienenden Teile einem gewissen Verschleiß unterliegen und ein gewisses Maß an Wartung erfordern und insgesamt die Störanfälligkeit der Gesamtregelvorrichtung ,erhöhen. Es besteht daher ein Bedürfnis nach für Verfahrensregelstrecken geeigneten elektrischen Regelvorrichtungen, die einfach und billig in Aufbau und Herstellung sowie hinsichtlich der Wartung sind.Complete control devices for process control systems were previously in practice mainly represented in the form of various pneumatic controllers, which were cheaper than full electrical or electronic controllers. Such Pneumatic controllers require compressed air or something else for their operation Pressure fluid; in applications where compressed air or some other pressure fluid is not available anyway in the system to be controlled, but specifically for the control device must be generated, this means an undesirable complication, especially since the parts used to generate the pressure fluid have a certain amount Subject to wear and tear and require a certain amount of maintenance and overall the Increase susceptibility to failure of the overall control device. There is therefore a need according to electrical control devices suitable for process control systems, which are simple and inexpensive to construct and manufacture, and are easy to maintain.

Da vollstetige elektrische bzw. elektronische Verfahrensregelvorrichtungen aus Kostengründen im allgemeinen nicht mit den erwähnten vollstetigen pneumatischen Reglern konkurrenzfähig sind, hat sich das Interesse solchen elektrischen Reglern zugewandt, bei welchen ein stetiges Regelabweichungssignal als Eingangsgröße einem unstetigen Regelverstärker zugeführt wird; dessen Ausgangsgröße ihrerseits zur Betätigung stetiger Stellglieder verwendet wird. Die Steuerung stetiger Steilantriebe bzw. Stellglieder durch die Ausgangsgröße derartiger unstetiger Regelverstärker wird durch geeignete Ausbildung der Rückführung ermöglicht, derart, daß derartige Regler insgesamt ein stetig-ähnliches Verhalten zeigen.As complete electrical or electronic process control devices for reasons of cost, generally not with the aforementioned complete pneumatic Controllers are competitive, the interest of such electrical controllers has increased facing, in which a constant system deviation signal as an input variable discontinuous control amplifier is fed; its output variable in turn for actuation continuous actuators is used. The control of continuous steep drives or Actuators by the output of such discontinuous control amplifier made possible by suitable design of the feedback, such that such regulator show a consistently similar behavior overall.

In diesem Zusammenhang sind bisher vor allem Dreipunktregler von zunehmendem Interesse geworden, da sie im Vergleich mit vollstetigen Regelsystemen eine weitgehende Vereinfachung hinsichtlich des apparativen Aufwandes ermöglichen, insbesondere auch hinsichtlich der Steilantriebe; Zweipunktregler mit stetiger Stellantriebssteuerung waren bisher praktisch nicht stabil zu erhalten.In this context, three-point controllers in particular have been increasing so far Interest because it is a far-reaching one in comparison with complete control systems Allow simplification in terms of the outlay on equipment, in particular with regard to the steep drives; Two-point controller with constant actuator control have so far been practically impossible to obtain in a stable manner.

Die bekannten Dreipunktregler mit stetiger Stellantriebssteuerung haben jedoch eine Reihe wesentlicher Nachteile. Zum einen ist ihre Arbeitsweise in dem Sinne nur quasi-stetig, als sie eine endliche Ansprechgrenze, d. h. eine Totzone um den neutralen Punkt herum, aufweisen, innerhalb welcher keine Stellgliedbetätigung erfolgt; d. h., daß sie auf kleine Fehlersignale nicht ansprechen. Macht man diese Ansprechgrenze sehr klein, so schalten derartige Dreipunktregler ständig ein und aus; eine derartige hohe Schalthäufigkeit ist für die Regelstrecke unerwünscht mit Rücksicht auf alle bewegten, verschleißenden Teile. Ein weiterer Nachteil der Verwendung von Dreipunktreglern besteht darin, daß sie zwei Ausgangskanäle für die Betätigung des Steilantriebs in der einen bzw. in der anderen Richtung benötigen. Dieses Erfordernis zweier Ausgangskanäle stellt einen erhöhten Aufwand beispielsweise im Vergleich mit den pneumatischen Reglern dar. Schließlich besteht bei einem derartigen Dreipunktregler die Notwendigkeit, einen integrierenden Steilantrieb, üblicherweise in Form eines Reversiermotors, verwenden zu müssen, der abwechselnd von einem der beiden Ausgangskanäle des Dreipunktreglers gesteuert wird.The well-known three-point controller with constant actuator control however, have a number of major disadvantages. For one thing is the way they work only quasi-continuous in the sense that they have a finite response limit, i. H. one Dead zone around the neutral point, within which no actuator actuation he follows; d. that is, they do not respond to small error signals. Do you do this The response limit is very small, so three-point controllers of this type switch on and off continuously the end; such a high switching frequency is undesirable for the controlled system Consideration for all moving, wearing parts. Another disadvantage of using it of three-position controllers is that they have two output channels for actuation the steep drive in one or the other direction. This requirement For example, when comparing two output channels, this represents an increased effort with the pneumatic controllers. Finally, there is such a three-point controller the need for an integrating steep drive, usually in the form of a Reversing motor, having to use one of the two output channels alternately of the three-position controller is controlled.

Angesichts dieser Nachteile bei der Verwendung von Dreipunktreglern besteht ein Bedürfnis nach einer Regelvorrichtung mit stetiger Stellantriebssteuerung in Abhängigkeit von einem unstetigen Regelschalter, insbesondere Regelverstärker, bei welchem als unstetiger Regelschalter ein 7-weipunktregler verwendet wird. Aus »Regelungstechnische Praxis«, 1963, S. 99 ff., ist in Bild 4 in diesem Zusammenhang ein Zweipunktregler mit nachgeschaltetem stetigem Stellantrieb bekannt, wobei in Verbindung mit einer Rückführung, welche ein integrierendes und gegebenenfalls ein differenzierendes RC-Glied zur Erzeugung eines D- und gegebenenfalls eines I-Verhaltens aufweist, eine stetige Stellantriebssteuerung durch den unstetigen Zweipunktregler ermöglicht wird. Bei dieser bekannten Anordnung ist jedoch als Steilantrieb ein Integrierglied, nämlich ein Reversiermotor vorgesehen. Dies führt zu einem unstabilen System; der Stellantriebsmotor läuft in dem einen bzw. in dem anderen der beiden möglichen Zustände des Zweipunktreglers jeweils in entgegengesetztem Sinn um, wobei bei einer Erhöhung der Schalthäufigkeit das ganze System außer Funktion kommt. Selbst nach der theoretisch vorausgesetzten idealen Wirkungsweise eines derartigen Regelsystems pendelt der Stellmotor im eingeregelten Zustand durch gleiche Links-Rechts-Schritte um eine Ruhelage, wobei der Steilantrieb infolge des Dauerbetriebs mit dauerndem Umschalten einem erhöhten Verschleiß unterliegt.In view of these disadvantages when using three-point controllers there is a need for a control device with continuous actuator control depending on a discontinuous control switch, especially control amplifier, in which a 7-point controller is used as a discontinuous control switch. the end "Control engineering practice", 1963, p. 99 ff., Is shown in Figure 4 in this context a two-position controller with a downstream continuous actuator known, wherein in Connection with a return, which is an integrating and possibly a differentiating RC element for generating a D and possibly an I behavior has a continuous actuator control by the discontinuous two-position controller is made possible. In this known arrangement, however, a steep drive is used Integrating element, namely a reversing motor, is provided. This leads to an unstable System; the actuator motor runs in one or the other of the two possible states of the two-position controller in each case in the opposite sense, with if the switching frequency increases, the entire system becomes inoperative. Self according to the theoretically assumed ideal mode of operation of such a control system the servomotor oscillates in the regulated state through equal left-right steps to a rest position, the steep drive due to the continuous operation with permanent Switching is subject to increased wear.

Zusammenfassend kann festgestellt werden, daß ein Zweipunktregler in Verbindung mit einem integrierenden Steilantrieb, wie er in der Entgegenhaltung gezeigt ist, nicht. mit der für die praktische Verwendung an Verfahrensregelstrecken erforderlichen Stabilität zu erhalten ist.In summary, it can be stated that a two-position controller in connection with an integrating steep drive, as shown in the citation shown is not. with the one for practical use on process control systems required stability is to be obtained.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine derartige Regelvorrichtung mit Zweipunktregler zu schaffen, die in Anwendung auf Verfahrensregelstrecken ein stabiles Verhalten zeigt -und bei welcher ein untragbarer Verschleiß vermieden ist.The object of the invention is therefore to provide such a control device to create with two-position controller, which is used in process control systems shows stable behavior - and in which an unacceptable wear is avoided.

Zu diesem Zweck kennzeichnet sich eine elektrische Verfahrensregelvorrichtung mit Zweipunktregier der eingangs erwähnten Art gemäß der Erfindung durch die Verwendung eines proportional arbeitenden Wärmeausdehnungsstellantriebs, dessen Treibmittel sich gemäß der Beaufschlagung mit dem impulsbreitenmodulierten Ausgangssignal des Reglers derart ausdehnt, daß ein Proportionalverhalten des Steilantriebs erzielt wird.An electrical process control device is identified for this purpose with two-point regulator of the type mentioned according to the invention through the use a proportional thermal expansion actuator, its propellant according to the application of the pulse-width-modulated output signal of the Controller expands in such a way that a proportional behavior of the steep drive is achieved will.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß mit einem Zweipunktregler, welcher erfindungsgemäß auf einen stetig wirkenden Wärmeausdehnungsstellantrieb arbeitet, ein stetiges und stabiles Verhalten erzielbar ist, da der Wärmeausdehnungsstellantrieb eine hinreichend große Dämpfung erhalten kann, um- - jegliche rhythmischen Schwankungen des Heizstroms (im Takt der Schalthäufigkeit des Reglers), mit welchem der Wärmeausdehnungsstellantrieb beaufschlagt wird, vollständig unmerklich zu machen. Und zwar gelingt dies nicht nur unter Verwendung beispielsweise eines Thyristors zur Ein- und Ausschaltung des Stroms unter Erzeugung von Gleichstrom, der gegebenenfalls noch weiter geglättet werden kann, sondern es ist sogar möglich, einfache Zungenrelais zur Ein-und Ausschaltung zu verwenden und die Schaltintervalle bis zu 20 Sekunden oder noch länger zu erhöhen, insbesondere bei Verwendung eines Wärmeausdehnungsstellantriebs, dessen Heizvorrichtung außerhalb seines Gehäuses angeordnet ist.The present invention is based on the knowledge that with a two-point controller, which according to the invention on a continuously acting thermal expansion actuator works, a steady and stable behavior can be achieved because the thermal expansion actuator a sufficiently large damping can be obtained to - - any rhythmic fluctuations the heating current (in step with the switching frequency of the controller) with which the thermal expansion actuator is applied to make completely imperceptible. And this does not succeed only using, for example, one Thyristor for input and Switching off the electricity with the generation of direct current, which may also be used Can be further smoothed, but it is even possible to use simple reed relays to use for switching on and off and the switching intervals up to 20 seconds or to increase it even longer, especially when using a thermal expansion actuator, whose heating device is arranged outside of its housing.

Für die meisten Regelanwendungen reicht eine Ansprechgeschwindigkeit der Stellantriebsbetätigung zwischen Öffnen und Schließen in der Größenordnung von 50 bis 60 Sekunden aus, in vielen Fällen kann sie sogar bis zu 5 Minuten betragen.One response speed is sufficient for most control applications the actuation of the actuator between opening and closing in the order of magnitude of 50 to 60 seconds, in many cases it can even be up to 5 minutes.

Gleichzeitig bildet die Verwendung eines Wärmeausdehnungsstellantriebs in Verbindung mit dem Zweipunktregler insofern eine optimale Lösung, als Zweipunktregler grundsätzlich einen proportional wirkenden Stellantrieb benötigen, entgegen der bekannten Anordnung aus »Regelungstechnische Praxis«, bei welcher ein integrierend wirkender Reversiermotor als Stehantrieb dient, was die erwähnte Instabilität zur Folge hat.Simultaneously forms the use of a thermal expansion actuator in connection with the two-position controller an optimal solution as a two-position controller basically require a proportionally acting actuator, contrary to the well-known arrangement from "Control engineering practice", in which an integrating Acting reversing motor serves as a standing drive, which causes the instability mentioned Consequence.

Ein weiterer Vorteil des Zweipunktreglers speziell gegenüber dem Dreipunktregler besteht darin, daß er keine mittlere Totzone aufweist, innerhalb welcher der Regler auf Regelabweichungen nicht anspricht.Another advantage of the two-position controller, especially compared to the three-position controller is that it does not have a mean dead zone within which the controller does not respond to control deviations.

Wärmeausdehnungsstellantriebe, bei welchen also die Stellkraft für die Betätigung des Stellgliedes durch die Ausdehnung bzw. Kontraktion eines wärmeausdehnfähigen Mediums oder Treibmittels, beispielsweise von Wachs oder Polyäthylen, aufgebracht wird, sind einfach, robust, billig und verhältnismäßig verschleißarm. Ihrer Verwendung in größerem Umfang stand bisher entgegen, daß sie, wenn sie zur Erzielung eines ausreichenden Stellbereichs und/oder einer ausreichenden Stellkraft mit entsprechender Größe ausgeführt werden, infolge der Eigenträgheit des wärmeausdehnungsfähigen Mediums sehr große Zeitkonstanten aufweisen. Dieser Nachteil der an sich bekannten und vorteilhaften Wärmeausdehnungsstellantriebe, nämlich ihre verhältnismäßig lange Zeitkonstante in der Größenordnung von 10 bis 20 Minuten, kann nach einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung durch die Verwendung einer zweiten, stetig wirkenden Rückführung behoben werden, welche proportional der Ausdehnung des Treibmittels des Wärmeausdehnungsstellantriebs gesteuert ist.Thermal expansion actuators, in which the actuating force for the actuation of the actuator by the expansion or contraction of a thermally expandable Medium or propellant, for example wax or polyethylene, applied are simple, robust, cheap and relatively low-wear. Your use to a larger extent it has hitherto been opposed to the fact that if they are to achieve a sufficient actuating range and / or sufficient actuating force with a corresponding Size are executed, due to the inherent inertia of the heat-expandable medium have very large time constants. This disadvantage of the known and advantageous Thermal expansion actuators, namely their relatively long time constant on the order of 10 to 20 minutes, after a particularly advantageous one Embodiment of the invention through the use of a second, continuously acting Recirculation can be fixed, which is proportional to the expansion of the propellant of the thermal expansion actuator is controlled.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung, die Gegenstand der Unteransprüche sind, ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnung; in dieser zeigt F i g.1 ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung der wesentlichen Merkmale einer Verfahrensregelvorrichtung, F i g. 2 ein Schaltbild einer einen Teil der Verfahrensregelvorrichtung bildenden Regelschaltung, F i g. 3 bis 9 und 11 bis 22 Schaltschemata von alternativen Schaltungen bzw. Schaltungsteilen einer Verfahrensregelvorrichtung, F i g. 10 eine graphische Darstellung der Betriebskennlinien eines Wärmeausdehnungsstellantriebs für eine Reizelvorrichtung gemäß der Erfindung.Further advantages and details of the invention which are the subject of Subclaims are derived from the following description of exemplary embodiments on the basis of the drawing; FIG. 1 shows a block diagram for illustration the essential features of a process control device, FIG. 2 a circuit diagram a control circuit forming part of the process control device, FIG. 3 to 9 and 11 to 22 circuit diagrams of alternative circuits or circuit parts a process control device, FIG. 10 is a graph showing the operating characteristics a thermal expansion actuator for a stimulus device according to the invention.

Gemäß dem in F i g. 1 gezeigten Blockschaltbild weist der Regler eine Meßeinrichtung, einen Verstärker, ein Trigger- bzw. Auslöseelement, einen Ausgangskreis und einen Rückführkreis auf.According to the in FIG. 1, the controller has a block diagram Measuring device, an amplifier, a trigger or release element, an output circuit and a feedback loop.

Die Meßeinrichtung, die in ihrem einen Zweig ein Meßglied beliebiger Art, beispielsweise ein in einem zu überwachenden Raum angeordnetes temperaturempfindliches Element aufweist, liefert an ihrer-Ausgangsklemmen ein Regelabweichungssignal, das proportional dem Unterschied zwischen dem Ist-Wert der Raumtemperatur und einer vorgegebenen gewünschten Soll-Wert-Temperatur ist.The measuring device, which has a measuring element in its one branch Type, for example a temperature-sensitive one arranged in a room to be monitored Has element, supplies a system deviation signal at its output terminals, the proportional to the difference between the actual value of the room temperature and a predetermined desired setpoint temperature is.

Dieses Regelabweichungssignal wird in dem Verstärker zur Erzeugung einer Spannung verstärkt, welche um einen festen Regelwert herum ansteigt oder absinkt, je nach der Richtung der Abweichung der Raumtemperatur von der Soll-Temperatur und proportional zu dem Betrag dieser Abweichung. Diese Spannung wird einem Trigger- bzw. Auslöseglied, beispielsweise einer Triggerschaltung, zugeführt, das bzw. die ein diskretes EIN- oder AUS-Ausgangssignal erzeugt, je nachdem, ob das im Eingang der Triggerschaltung zugeführte elektrische Signal über einen oberen Schwellwert hinaus ansteigt oder unter einen unteren Schwellwert absinkt; dieses Ausgangssignal seinerseits wird einem elektrischen Stellantrieb zugeführt, welcher ein Stellglied, beispielsweise ein hydraulisches Ventil, das den Durchfluß von heißem Wasser verändert, betätigt.This system deviation signal is generated in the amplifier amplifies a voltage that increases or decreases around a fixed control value, depending on the direction of the deviation of the room temperature from the target temperature and proportional to the amount of this deviation. This voltage is sent to a trigger or trigger element, for example a trigger circuit, supplied to the or the generates a discrete ON or OFF output signal, depending on whether it is in the input the trigger circuit supplied electrical signal above an upper threshold value increases or decreases below a lower threshold value; this output signal in turn, an electric actuator is fed to which an actuator, for example a hydraulic valve that changes the flow of hot water, actuated.

Falls die Ausgangsschaltung einen steuerbaren Siliziumgleichrichter aufweist, der den Stromfluß aus einer Wechselstromquelle über einen Brückengleichrichter in einen Verbraucher- bzw. Entnahmestromkreis hineinsteuert, so kann der Verbraucher entweder an der Wechselstromseite oder an der Gleichstromseite des Gleichrichters angeschlossen sein. Die Anordnung ist so getroffen, daß der steuerbare Siliziumgleichrichter ein Zündsignal vom Ausgang der Triggerschaltung zugeführt erhält, derart, daß der Verbraucher erregt bzw. entregt wird, je nachdem, ob die Eingangsgröße der Triggerschaltung die erwähnten Schwellwerte übersteigt bzw. unter sie absinkt.If the output circuit has a controllable silicon rectifier having the current flow from an alternating current source via a bridge rectifier controls into a consumer or extraction circuit, the consumer can either on the AC side or on the DC side of the rectifier be connected. The arrangement is made so that the controllable silicon rectifier receives an ignition signal from the output of the trigger circuit, such that the Consumer is excited or de-excited, depending on whether the input variable of the trigger circuit exceeds or falls below the threshold values mentioned.

Die Rückführung weist Vorrichtungen zur Erzeugung eines Ausgangssignals in Abhängigkeit von einem aus dem Verbraucher- bzw. Entnahmestromkreis abgeleiteten Erregungssignal auf, und zwar derart, daß, wenn der Verbraucherstrom von dem einen Zustand in den anderen Zustand umgeschaltet wird, am Ausgang der Rückführung ein Signal erzeugt wird, das gegenüber dem vom Meßglied in dem zu überwachenden Raum erzeugten Fehlersignal zeitlich verzögert und entgegengerichtet ist. Die Wirkung der Rückführung ist solcher Art, daß sie den EIN- bzw. AUS-Zustand des Ausgangsstroms umzukehren versucht, und infolge der erwähnten Zeitverzögerung stellt die Gesamtanordnung eine Schwingungsschaltung dar, derart, daß die Ausgangsgröße der Regelvorrichtung in Gestalt periodischer Impulse von konstantem Betrag erscheint.The feedback has devices for generating an output signal depending on one derived from the consumer or withdrawal circuit Excitation signal on, in such a way that when the consumer current of the one State is switched to the other state, at the output of the feedback on Signal is generated which is opposite to that of the measuring element in the area to be monitored generated error signal is delayed in time and in the opposite direction. The effect the feedback is such that it changes the ON and OFF states, respectively, of the output current tries to reverse, and as a result of the time delay mentioned, the overall arrangement is restored an oscillation circuit, such that the output of the control device appears in the form of periodic impulses of constant magnitude.

Die Schaltmittel zur Erzeugung des zeitverzögerten Signals im Rückführkreis können aus einem Kondensator bestehen, welcher sich über einen Widerstand oder eine äquivalente Vorrichtung, welche ein thermisches Element aufweist, das in Abhängigkeit von der Erregung einer Heizvorrichtung Wärme aufnimmt bzw. abgibt, auflädt bzw. entlädt. Es läßt sich zeigen, daß in jedem Fall der Mittelwert des von der Rückführung erzeugten, der Kondensatorspannung bzw. der Temperatur des thermischen Elements proportionalen Signals gleichzeitig auch proportional dem Verhältnis zwischen der Dauer des jeweiligen EIN-Zustands zur Gesamtperiodendauer des Ausgangsstroms ist, mit welchem der Rückführkreis erregt wird, also proportional dem Tastverhältnis. Unter stationären Bedingungen wird der Mittelwert des Rückführsignals einen Betrag besitzen, der gleich dem des Regelabweichungssignals ist, unter der Annahme, daß das zur Betätigung der Trigger-Schaltung erforderliche Signal verhältnismäßig klein ist, und weiter, daß das Verhältnis der jeweiligen EIN-Dauer zur Gesamtperiodendauer des Ausgangsstroms proportional zu dem Verhältnis zwischen der tatsächlichen mittleren Leistung zur Meßausgangsleistung ist. Hieraus folgt, daß die dem Verbraucher-bzw. Entnahmestromkreis zugeführte mittlere Ausgangsleistung proportional dem Regelabweichungssignal ist und daß der Stellantrieb und damit das Ventil gemäß einer annähernd proportionalen Funktion des Regelabweichungssignals verstellt wird.The switching means for generating the time-delayed signal in the feedback loop can consist of a capacitor, which is connected via a resistor or a equivalent device which has a thermal element that is dependent on absorbs or emits heat from the excitation of a heating device, charges or discharges. It can be shown that in each case the mean value of the return generated, the capacitor voltage or the temperature of the thermal element proportional Signal at the same time also proportional to the ratio between the duration of each Is ON state for the total period of the output current with which the feedback loop is excited, so proportional to the duty cycle. Under stationary conditions the mean value of the feedback signal will have an amount equal to that of the Error signal, assuming that this is used to actuate the trigger circuit required signal is relatively small, and further that the ratio of the The respective ON duration is proportional to the total period duration of the output current the ratio between the actual average power and the measured output power is. It follows that the consumer or. Withdrawal circuit supplied middle Output power is proportional to the control deviation signal and that the actuator and thus the valve according to an approximately proportional function of the control deviation signal is adjusted.

F i g. 2 zeigt eine erste Ausführungsform der Erfindung, welche eine Abwandlung einer in der britischen Patentschrift 871562 gezeigten Schaltung darstellt; eine gleichstromgespeiste Brückenschaltung mit einem Meßglied 30 liefert ein Regelabweichungs= Signal; dieses Signal wird einem Verstärker zugeführt, welcher Elektronenröhren 31 und 32 mit den zugehörigen Widerständen umfaßt; die Anordnung ist so getroffen, daß der Verstärker eine Gleichspannung an dem Kondensator 33 erzeugt, die nach Maßgabe des Betrags und des Vorzeichens des Regelabweichungssignals um einen festen Gleichspannungspegel .herum schwankt. Die Triggerschaltung weist eine Trigger-Diode 34 und einen Be= grenzerwiderstand auf, denen die Kondensatorspannung zugeführt wird; die Trigger-Diode besitzt solche Eigenschaften, daß, solange die angelegte Spannung unter einem vorgegebenen Wert liegt, ihr Widerstand sehr groß ist, sich jedoch nichtlinear ändert und sehr niedrig wird, sobald die Spannung einen bestimmten kritischen Wert übersteigt; entsprechend- nimmt der Widerstand, wenn die angelegte Spannung im weiteren Verlauf sich auf einen zweiten niedrigeren Wert verringert, wieder seinen ursprünglichen hohen Wert an. Die Triggerschaltung wirkt somit in der Weise, daß sie je nach dem jeweiligen Wert der Spannung an dem Kondensator 33 einen Strom fließen läßt bzw. den Stromfluß sperrt; dieser Strom wird der Ausgangsschaltung zugeführt, nämlich der Steuerelektrode eines steuerbaren Siliziumgleichrichters 35. Die Ausgangsschaltung weist eine Transformatorwicklung 36 auf, welche einen Verbraucher 37 über einen Brückengleichrichter 38 speist; man erkennt, daß im gezündeten Zustand des steuerbaren Siliziumgleichrichters im Verbraucher 37 ein Arbeitswechselstrom fließt. Der Verbraucher 37 ist gemäß der vorliegenden Erfindung eine Heizvorrichtung für einen Wärmeausdehnungsstellantrieb. Falls als Verbraucher- bzw. Arbeitsstrom ein Gleichstrom benötigt wird, kann der Verbraucher, wie in F i g. 3 gezeigt, im Anodenkreis des steuerbaren Siliziumgleichrichters liegen.F i g. Fig. 2 shows a first embodiment of the invention which is a modification of a circuit shown in British patent specification 871562; a DC-fed bridge circuit with a measuring element 30 supplies a control deviation = signal; this signal is fed to an amplifier which comprises electron tubes 31 and 32 with the associated resistors; the arrangement is such that the amplifier generates a direct voltage across the capacitor 33 which fluctuates around a fixed direct voltage level in accordance with the magnitude and sign of the control deviation signal. The trigger circuit has a trigger diode 34 and a limiting resistor to which the capacitor voltage is fed; the trigger diode has such properties that as long as the applied voltage is below a predetermined value, its resistance is very high, but changes non-linearly and becomes very low as soon as the voltage exceeds a certain critical value; Correspondingly, when the applied voltage decreases to a second lower value in the further course, the resistance assumes its original high value again. The trigger circuit thus acts in such a way that, depending on the respective value of the voltage on the capacitor 33, it allows a current to flow or blocks the flow of current; this current is fed to the output circuit, namely the control electrode of a controllable silicon rectifier 35. The output circuit has a transformer winding 36 which feeds a load 37 via a bridge rectifier 38; it can be seen that when the controllable silicon rectifier is ignited, a working alternating current flows in the consumer 37. According to the present invention, the consumer 37 is a heating device for a thermal expansion actuator. If a direct current is required as the consumer or working current, the consumer can, as shown in FIG. 3, lie in the anode circuit of the controllable silicon rectifier.

Zur Erregung der Rückführung ist ein Stromtransformator 39 in Reihe mit dem Verbraucher vorgesehen, derart, daß beim Fließen eines Arbeitsstroms im Verbraucherkreis an der Ausgangswicklung des Transformators 39 eine Wechselspannung erzeugt wird, die mittels einer Diode 40 gleichgerichtet wird; die dabei entstehende Gleichspannung wird einem Reihenschaltungsglied aus einem Widerstand 41 und einem Kondensator 42 zugeführt. Für ausschließliches Proportionalverhalten wäre der Kondensator 43 kurzzuschließen. An dem Kondensator 42 wird somit ein Rückführsignal erzeugt, und zwar mit eines Zeitverzögerung, die von der durch die Werte des Kondensators 43 und des Widerstands 41 bestimmten Zeitkonstante abhängt; dieses Rückführsignal wird dem Verstärkereingang zusammen mit dem Fehlersignal, jedoch diesem entgegengesetzt, zugeführt, derart, daß es jeweils in solcher Richtung zunimmt bzw. abnimmt, daß es den bestehenden Zustand der Ausgangsgröße umzukehren bestrebt ist. In manchen Fällen ist die Verwendung aktiver Meßglieder, wie beispielsweise von Thermoelementen, an Stelle passiver Glieder, wie beispielsweise Widerstandsthermometer, vorzuziehen. In solchen Fällen werden gewöhnlich Verstärker mit höherer Verstärkung benötigt. In manchen Fällen, insbesondere für schnelle Industrieregler, ist eine Erhöhung der Ansprechgeschwindigkeit erwünscht; dies läßt sich durch Einführung einer zweiten Rückführleitung, wie in F i g. 4 gezeigt, erreichen; in diesem Fall ist es möglich, die Periodendauer durch Verwendung eines kleinen Kondensators 42 auf weniger als 5 Sekunden zu reduzieren. Der Stehantrieb 37 verstellt in diesem Fall das Rückführpotentiometer 44 und das Ventil 45; der Stellantrieb erhält hierbei eine sehr schnelle übergangsfunktion. Ein Nachteil dieser Anordnung ist es jedoch, daß zur Anordnung des Potentiometers 44 in der Nähe des Stellantriebs 37, der häufig in größerer Entfernung von dem Meßglied angeordnet ist, zusätzliche besondere Drahtleitungen erforderlich sind.To excite the feedback, a current transformer 39 is provided in series with the consumer, such that when an operating current flows in the consumer circuit, an alternating voltage is generated at the output winding of the transformer 39, which is rectified by means of a diode 40 ; the resulting DC voltage is fed to a series circuit element comprising a resistor 41 and a capacitor 42. For exclusively proportional behavior, the capacitor 43 would have to be short-circuited. A feedback signal is thus generated at the capacitor 42, to be precise with a time delay which depends on the time constant determined by the values of the capacitor 43 and the resistor 41; this feedback signal is fed to the amplifier input together with the error signal, but in the opposite direction, in such a way that it increases or decreases in such a direction that it tends to reverse the existing state of the output variable. In some cases it is preferable to use active measuring elements, such as thermocouples, rather than passive elements, such as resistance thermometers. In such cases, higher gain amplifiers are usually needed. In some cases, especially for fast industrial controllers, it is desirable to increase the speed of response; this can be done by introducing a second return line, as shown in FIG. 4 shown; in this case it is possible to reduce the period to less than 5 seconds by using a small capacitor 42. In this case, the standing drive 37 adjusts the feedback potentiometer 44 and the valve 45; the actuator has a very fast transition function. A disadvantage of this arrangement, however, is that additional special wire lines are required for the arrangement of the potentiometer 44 in the vicinity of the actuator 37, which is often arranged at a greater distance from the measuring element.

F i g. 5 veranschaulicht - eine Alternativausführung zu der in F i g. 2 gezeigten Schaltung.F i g. FIG. 5 illustrates an alternative embodiment to that in FIG G. 2 circuit shown.

In F i g. 5 ist die Anordnung so getroffen, daß nur der Ausgangsstrom von der rechten Hälfte einer Doppeltriode 32 durch ein einzelnes Relais 46 fließt. Die Relaiskontakte 47 dienen zur Schaltung des Wärmeausdehnungsstellantriebs 37 in den zuvor beschriebenen Schaltungen; die Rückführung wird durch die Kontakte 49 des Relais geschaltet.In Fig. 5 the arrangement is made so that only the output current flows from the right half of a double triode 32 through a single relay 46. The relay contacts 47 are used to switch the thermal expansion actuator 37 in the circuits described above; the feedback is through the contacts 49 of the relay switched.

Die Periodendauer des Schaltvorgangs wird durch einen Kondensator 42 und einen Widerstand 41 bestimmt. Der Kondensator 50 und die Widerstände 51 und 52 haben die gleichen Funktionen wie in der Schaltung nach F i g. 2. Sobald die Kontakte 49 einen Gleichrichter 53 anschalten, nimmt die Anfladung des Kondensators 42 und damit die an den Widerständen 51 und 52 liegende Spannung zu, wodurch das Ausgangsrelais 46 über die Pentodenröhre 31 so umgeschaltet wird, daß der untere Kontakt des Schalters 49 schließt und der Kondensator 42 sich allmählich entlädt. Dieser Vorgang wiederholt sich zyklisch; wobei sich gleiche EIN und AUS Zeiten ergeben, wenn der Kondensator 50 eine der halben Spannung des Gleichrichters 53 entsprechende Ladung besitzt.The period duration of the switching process is determined by a capacitor 42 and a resistor 41. The capacitor 50 and the resistors 51 and 52 have the same functions as in the circuit of FIG. 2. As soon as the contacts 49 switch on a rectifier 53, the charging of the capacitor 42 and thus the voltage across the resistors 51 and 52 increases, as a result of which the output relay 46 is switched over via the pentode tube 31 so that the lower contact of the switch 49 closes and the capacitor 42 gradually discharges. This process is repeated cyclically; the ON and OFF times being equal when the capacitor 50 has a charge corresponding to half the voltage of the rectifier 53.

Bei Auftreten eines Regelabweichungssignals an den Widerständen 54 und 55 erhält die Schaltung eine zusätzliche Vorspannung, was zur Folge hat, daß die Kontakte länger geöffnet oder geschlossen bleiben und die Aufladung des Kondensators 50 allmählich wegintegriert wird, wodurch jede bleibende Regelabweichung beseitigt wird. Bei einem Ausfall der Netzstromversorgung ist gewährleistet, daß der Regler die Regelgröße in einem vorgegebenen Sinne verstellt.When a control deviation signal occurs at the resistors 54 and 55, the circuit receives an additional bias voltage, which has the consequence that the contacts remain open or closed longer and the charge of the capacitor 50 is gradually integrated away, whereby any remaining control deviation is eliminated. If the mains power supply fails, it is ensured that the controller adjusts the controlled variable in a predetermined sense.

Eine zweite Ausführungsform der Erfindung ist in F i g. 6 gezeigt; eine wechselstromgespeiste Brücke mit einem ein Fühlorgan enthaltenden Zweig 56 erzeugt ein Wechselstrom-Regelabweichungssignal; dieses wird einem Verstärker zugeführt, welcher einen Eingangstransformator 57, einen Transistor 58 sowie zugeordnete Widerstände und Kondensatoren in für Wechselstromverstärker üblicher Anordnung und Auslegung aufweist. Ein aus einer Transformatorwicklung 60 über eine Diode 61 gespeister Transistor 59 bildet einen auf die Phase und den Betrag des Wechselstromeingangssignals ansprechenden Diskriminator und erzeugt in Abhängigkeit hiervon eine Gleichspannung an einer Parallelschaltung aus einem Kondensator 62 und einem Widerstand 63; die Gleichspannung steigt bzw. fällt um einen festen Pegelwert nach Maßgabe des Betrags und der Richtung der festgestellten Regelabweichung. Die Triggerschaltung weist zwei direkt gekoppelte Transistoren 64 und 65 mit einem Rückkopplungswiderstand 66 in solcher Anordnung auf, daß sie eine Triggerschaltung an sich bekannter Art bildet, derart, daß die Transistoren sich im volleitenden bzw. im nichtleitenden Zustand befinden, je nachdem, ob das der Basis des Transistors 64 zugeführte Eingangssignal über bestimmte Pegelwerte ansteigt bzw. unter sie absinkt; insbesondere besitzt die an dem Widerstand 67 abfallende Spannung entweder einen bestimmten Maximalwert oder den Wert Null.A second embodiment of the invention is shown in FIG. 6 shown; an AC-fed bridge with a branch 56 containing a sensing element generates an AC error signal; this is fed to an amplifier, which includes an input transformer 57, a transistor 58 and associated resistors and capacitors in the usual arrangement and design for AC amplifiers having. A transistor fed from a transformer winding 60 via a diode 61 59 forms one responsive to the phase and magnitude of the AC input signal Discriminator and, depending on this, generates a DC voltage on a parallel circuit a capacitor 62 and a resistor 63; the DC voltage increases or falls by a fixed level value according to the amount and direction of the detected Control deviation. The trigger circuit has two directly coupled transistors 64 and 65 with a feedback resistor 66 in such an arrangement that they forms a trigger circuit of a type known per se, such that the transistors are in the fully conducting or in the non-conducting state, depending on whether the the base of the transistor 64 applied input signal over certain level values rises or falls below it; in particular, the one falling at the resistor 67 has Voltage either a certain maximum value or the value zero.

Die Ausgangsschaltung weist einen steuerbaren Siliziumgleichrichter 68 in Reihe mit einem Stellantrieb 69 auf, welcher aus der Transformatorwicklung 70 über die Gleichrichtbrücke 71 mit einer Vollweggleichrichtspannung gespeist wird; der steuerbare Siliziumgleichrichter 68 erhält von dem Widerstand 67 Zündsignale zugeführt. Es sei betont, daß der Stellantrieb selbstverständlich in der verschiedensten Weise ausgebildet sein kann, beispielsweise als Elektromagnet oder als irgendein sonstiger linear wirkender oder Drehstellantrieb mit den zugehörigen Getriebe- bzw. Übertragungsgestängevorrichtungen.The output circuit has a controllable silicon rectifier 68 in series with an actuator 69, which consists of the transformer winding 70 is fed with a full-wave rectifying voltage via the rectifying bridge 71; the controllable silicon rectifier 68 receives ignition signals from the resistor 67 fed. It should be emphasized that the actuator of course in the most diverse May be designed, for example, as an electromagnet or as any other linear or rotary actuator with the associated gear or Transmission linkage devices.

Die Rückführschaltung weist einen Kondensator 72 auf, welchem von den Ausgangsklemmen über Widerstände 73 und 74 zusammen mit einer Diode 75 ein Ladestrom zugeführt wird; die Diode 75 stellt eine Modifikation zur Verbesserung des Verhaltens des Reglers unter Bedingungen dar, bei denen das Verhältnis von EIN-Zeit zur Gesamtperiodendauer klein ist. Die an dem Kondensator 72 liegende Spannung wird dem Eingang der Triggerschaltung über einen Widerstand 76 zusammen mit dem von dem Kondensator 62 gelieferten Proportionalspannungssignal zugeführt; die Anordnung ist dabei so getroffen, daß ein Anstieg der Spannung an dem Kondensator 62 im Sinne einer Umschaltung der Triggerschaltung in ihren »EIN-Zustand« wirkt, während ein Anstieg der Spannung an dem Rückführkondensator 72 im Sinne einer Umschaltung der Triggerschaltung in ihren AUS-Zustand wirkt, derart, daß ein impulsförmiger Verbrauchsarbeitsstrom erzeugt wird und die Spannungen an den Kondensatoren 62 und 72 entweder einander gleich werden oder in konstantem Verhältnis zueinander stehen und, wie oben bereits erwähnt, Proportionalität zwischen dem Eingangssignal und der mittleren Ausgangsleistung erreicht wird. Die Stromversorgung für die Verstärker- und die Triggerschaltung wird bei der Schaltung gemäß F i g. 6 aus einer Transformatorwicklung 77 über die Dioden 78 und 79 mit einem Kondensator 80 geliefert; die festen Vorspannungen für den Transistor 59 und die Triggerschaltung werden zur Verbesserung der Stabilität der Schaltung mittels einer Zenerdiode 81 stabilisiert. Zur Einstellung des Proportionalbereichs des Reglers ist ein Potentiometer 82 vorgesehen.The feedback circuit has a capacitor 72, which of the output terminals via resistors 73 and 74 together with a diode 75 a charging current is fed; the diode 75 represents a modification to improve the behavior of the controller under conditions in which the ratio of ON time to total period duration is small. The voltage across the capacitor 72 is the input of the trigger circuit via a resistor 76 together with the proportional voltage signal supplied by the capacitor 62 fed; the arrangement is made so that an increase in voltage the capacitor 62 in the sense of switching the trigger circuit to its "ON state" acts, while an increase in the voltage on the feedback capacitor 72 in the sense of a Switching the trigger circuit into its OFF state acts in such a way that a pulse-shaped Consumption work current is generated and the voltages across capacitors 62 and 72 either become equal to one another or stand in a constant relationship to one another and, as mentioned above, proportionality between the input signal and the average output power is achieved. The power supply for the amplifier and the trigger circuit is activated in the circuit according to FIG. 6 from a transformer winding 77 supplied through diodes 78 and 79 with a capacitor 80; the fixed biases for the transistor 59 and the trigger circuit are used to improve stability the circuit is stabilized by means of a Zener diode 81. For setting the proportional range a potentiometer 82 is provided in the controller.

F i g. 7 zeigt eine weitere Ausführung, bei welcher der in F i g. 6 gezeigte Proportionalregler eine Rückführung mit einem thermischen Element besitzt. Die Meßbrücke mit dem Fühl- bzw. Meßglied 83 weist zusätzlich weitere temperaturempfindliche Glieder 84 und 85 in benachbarten Brückenzweigen auf. In unmittelbarer Nähe des temperaturempfindlichen Elements 84 ist eine Heizwicklung vorgesehen, welche durch den Verbraucher- bzw. Arbeitsstrom erregt wird. Es sei angenommen, daß eine Abkühlung des Fühlelements 83 erforderlich ist, damit der Verbraucher- bzw. Arbeitsstrom eingeschaltet wird; unter dieser Annahme bewirkt eine Erwärmung des Elements 84 die Erzeugung eines Signals, das den Verbraucher- bzw. Arbeitsstrom auszuschalten bestrebt ist. Das von dem Element 84 erzeugte Signal ist somit dem Regelabweichungssignal entgegengesetzt und unterliegt einer Zeitverzögerung, welche durch die thermische Zeitkonstante des Elements bestimmt ist. Das temperaturempfindliche Element 85 ist von gleicher Art wie das Element 84, jedoch ohne Erregung seiner Heizvorrichtung; es dient zur Kompensation bezüglich Schwankungen der Umgebungstemperatur.F i g. 7 shows a further embodiment in which the in FIG. 6 has a proportional controller shown a feedback with a thermal element. The measuring bridge with the sensing or measuring element 83 also has other temperature-sensitive ones Links 84 and 85 in adjacent bridge branches. In the immediate vicinity of the temperature-sensitive element 84 is provided a heating coil, which through the consumer or working current is excited. It is assumed that a cooling of the sensing element 83 is required so that the consumer or working current is switched on will; assuming this, heating element 84 causes generation a signal that tries to switch off the consumer or working current. The signal generated by element 84 is thus opposite to the system deviation signal and is subject to a time delay determined by the thermal time constant of the element is determined. The temperature sensitive element 85 is the same Kind of like element 84 but without energizing its heater; it is used for Compensation for fluctuations in the ambient temperature.

Eine Änderung des Proportionalbereichs des Reglers kann entweder in der Weise bewirkt werden, daß man den durch die Heizvorrichtung des Elements 84 fließenden Anteil des Verbraucher- bzw. Arbeitsstrom mittels eines veränderbaren Widerstands 86 ändert oder indem man die Größe der Widerstände 87 und 88 in gleicher Weise ändert.The proportional range of the controller can be changed either in caused by the heater of element 84 flowing portion of the consumer or working current by means of a changeable Resistor 86 changes or by making the size of resistors 87 and 88 equal Way changes.

Dem vorstehend beschriebenen Proportionalregler kann zusätzlich ein I- und ein D-Verhalten erteilt werden. Das 1-Verhalten erhält man mittels eines Kondensators in der Rückführleitung, nämlich mittels des Kondensators 50 in F i g. 2; es kann jedoch auch mit Hilfe thermischer Glieder erreicht werden.The proportional controller described above can also be a I and a D behavior are granted. The 1 behavior is obtained by means of a Capacitor in the return line, namely by means of the capacitor 50 in F i G. 2; however, it can also be achieved with the aid of thermal links.

In F i g. 8 ist eine Anordnung eines Proportionalreglers dargestellt, bei dem zur Erzielung einer I-Komponente in den festen Brückenzweigen thermische Glieder eingefügt wurden. Die beiden thermischen Widerstandselemente sind in elektrischer und thermischer Hinsicht gleichartig, um unerwünschte Effekte infolge von Änderungen der Umgebungstemperatur zu vermeiden. Das Element 88 wird geheizt, indem man den Verbraucher- bzw. Arbeitsstrom oder einen proportionalen Anteil hiervon durch die Heizvorrichtung des Elements leitet; die Wirkung des Elements 88 besteht darin, daß es ein Signal in der Brückenschaltung erzeugt, das sich dem Regelabweichungssignal additiv zufügt und annähernd dem Integral des Regelabweichungssignals entspricht. Eine Einstellbarkeit des I-Anteils erhält man, indem man den durch die Heizvorrichtung fließenden Anteil des Verbraucherstroms oder die Größe der Widerstände 87 und 88 in den beiden Brückenzweigen verändert. Die Erzielung eines D-Verhaltens ist in F i g. 9 dargestellt. Mit 89 und 90 sind heizbare thermische Elemente bezeichnet, die in den festen Brückenzweigen angeordnet sind, zusammen mit gleichartigen, jedoch nicht beheizten Elementen 91 und 92 zur Kompensation bezüglich der Umgebungstemperatur.In Fig. 8 shows an arrangement of a proportional controller, with the thermal to achieve an I-component in the solid bridge branches Links were inserted. The two thermal resistance elements are in electrical and thermal aspects similar to undesirable effects as a result of changes the ambient temperature to avoid. The element 88 is heated by the Consumer or working current or a proportional share of it through the Element heater conducts; the effect of element 88 is to that it generates a signal in the bridge circuit that corresponds to the system deviation signal additively and corresponds approximately to the integral of the system deviation signal. The I component can be adjusted by using the heating device flowing portion of the consumer current or the size of the resistors 87 and 88 changed in the two branches of the bridge. Achieving a D behavior is in Fig. 9 shown. With 89 and 90 heatable thermal elements are designated, which are arranged in the solid bridge branches, together with similar, however unheated elements 91 and 92 to compensate for the ambient temperature.

Die Elemente 89 und 90 rufen bei Erregung mit einem stationären Strom gleiche und entgegengesetzt gerichtete Wirkungen hervor, wenn sie ihre Endtemperaturen erreichen würden; jedoch sind die Zeitkonstanten der beiden Glieder voneinander verschieden. Das im Sinne einer positiven Rückführung geschaltete Element 90 besitzt eine kurze Zeitkonstante, das im Sinne einer negativen Rückführung geschaltete Element 89 hingegen eine längere Zeitkonstante: Die Gesamtwirkung dieser beiden Glieder ergibt annähernd ein D-Verhalten. Die Größe dieser D-Komponente kann in der erwähnten Weise veränderbar einstellbar gemacht werden.Elements 89 and 90 call when energized with a stationary current equal and oppositely directed effects emerge when they reach their final temperatures would achieve; however, the time constants of the two terms are separate from each other different. The element 90 connected in the sense of a positive feedback has a short time constant, the element switched in the sense of a negative feedback 89, on the other hand, a longer time constant: the overall effect of these two elements results in approximately a D behavior. The size of this D component can be mentioned in the Way can be made changeable adjustable.

Diese Art der Rückführung ist besonders geeignet in Fällen, in denen Schaltperiodendauern von über 10 Sekunden erforderlich sind; diese Zeit kann ohne Schwierigkeiten auf einige Minuten erhöht werden, falls die Zeitkonstante des Stellantriebselements noch größer ist. Für derartige Periodendauern werden die Rückführkondensatoren ziemlich groß und die Rückführwiderstände sehr hoch, was wiederum sehr empfindliche Verstärker erforderlich macht. Die Schaltperiode des erfindungsgemäßen Reglers muß aber kleiner als -50 0% der Zeitkonstante und größer als 2% gehalten werden. Im ersten Falle werden die Schwingungen des Stellantriebs zu groß, im zweiten Falle wird die Zeitdauer, die der Stellantrieb benötigt, um seine Endstellüng zu erreichen, zu lang, sofern nicht andere Maßnahmen getroffen werden.This type of feedback is particularly suitable in cases where Switching periods of more than 10 seconds are required; this time can be without Difficulty can be increased to a few minutes if the time constant of the actuator element is even bigger. For such periods, the feedback capacitors become quite large and the feedback resistances very high, which in turn is very sensitive amplifiers makes necessary. However, the switching period of the controller according to the invention must be smaller can be kept as -50 0% of the time constant and greater than 2%. In the first case the vibrations of the actuator become too great, in the second case the time which the actuator needs to reach its Endstellüng, too long, if no other measures are taken.

Mit anderen Worten: ein Faktor für die Bestimmung der Ansprechcharakteristik des Stellantriebs ist die Periodendauer der durch den Regler hervorgerufenen Schwingungen. Ist diese kurz im Vergleich zur Zeitkonstante des Stellantriebs; so wird die Heizwirkung gleich der durch den Mittelwert der Leistung erzeugten. Infolge der obererwähnten Zufuhr von überschußleistung wird der Stellantrieb bzw. das Stellglied beim Anlegen des EIN-Impulses über die geforderte Stellung hinausschießen und während der AUS-Periode zurückfallen. Die mittlere Stellung des Stellantriebs bzw. -glieds wird jedoch proportional dem Verhältnis von EIN-Dauer zur Dauer der Gesamtperiode und damit proportional zur Regelabweichung. Dieser pulsierende Betrieb des Stellantriebs ergibt eine wesentlich verbesserte Regelung und gestattet die Verwendung eines schmaleren Proportionalbereiches.In other words: a factor for determining the response characteristic of the actuator is the period of the oscillations caused by the controller. Is this short compared to the time constant of the actuator; so will the heating effect equal to that produced by the mean value of the power. As a result of the above-mentioned The actuator or the final control element is supplied with excess power when it is applied of the ON pulse overshoot the required position and during the OFF period fall behind. However, the middle position of the actuator or member becomes proportional the ratio of the ON duration to the duration of the total period and thus proportional to the control deviation. This pulsating operation of the actuator results in a substantial improved regulation and allows the use of a narrower proportional band.

In F i g. 10 ist die Kennlinie des durch wärmeausdehnbares Wachs betätigten Stellantriebs gezeigt; die Kurve A ist eine graphische Darstellung der Verstellung des Stellantriebs für eine konstante Eingangsleistung, in Abhängigkeit von der Zeit.In Fig. 10 is the characteristic of the thermally expandable wax actuated Actuator shown; curve A is a graph of the displacement of the actuator for a constant input power, depending on the time.

Man erkennt, daß das Ansprechverhalten eine anfängliche Verzugszeit aufweist, auf welche ein exponentieller Abschnitt folgt; beide Teile dieser Ansprechcharakteristik sind für eine gute Regelung unerwünscht. In allen Fällen, in denen es bedeutsam ist, die anfängliche Verzugszeit und die Periodendauer zu verringern, wird vorgeschlagen, das Heizelement des Stehantriebs mit einem vorgegebenen festen Leistungspegel zu beaufschlagen, derart, daß das Betätigungsmedium (Wachs oder ein Kunstharz, wie beispielsweise Polyäthylen) stets vorgewärmt ist, wodurch die ein- und auszuschaltende Wattleistung sich wesentlich verringert.It can be seen that the response has an initial lag time followed by an exponential section; both parts of this response characteristic are undesirable for good regulation. In all cases where it is significant is to reduce the initial delay time and the period, it is suggested the heating element of the standing drive to a predetermined fixed power level apply in such a way that the actuating medium (wax or a synthetic resin, such as For example, polyethylene) is always preheated, which means that the on and off Wattage is significantly reduced.

Um die dem in F i g. 10 gezeigten exponentiellen Verlauf entsprechende Ansprechdauer zu verringern, wird vorgeschlagen, die Anordnung so zu treffen, daß die dem Stellantrieb von dem Regler zugeführte jeweilige Momentanleistung erheblich größer als die für eine volle Verstellung erforderliche Leistung ist. Dies hätte eine Ansprechkennlinie zur Folge, wie sie durch die Kurve B in F i g. 10 veranschaulicht ist. Wenn beispielsweise der Stehantrieb bei Heizung schließt und die Stehbewegung zwischen O und X durch eine Feder aufgenommen wird, so wird der Stellantrieb bei Heizung sich zwischen X und Y verschieben und hierbei das Ventil schließen und bei Verringerung bzw. Abschaltung der Leistungszufuhr sich von Y nach Z verstellen, derart, daß die langsamen Kurventeile jenseits der Punkte Y und Z ganz vermieden werden.To the in F i g. To reduce the response time corresponding to the exponential curve shown in FIG. 10, it is proposed to make the arrangement such that the respective instantaneous power supplied to the actuator by the controller is considerably greater than the power required for a full adjustment. This would result in a response characteristic as shown by curve B in FIG. 10 is illustrated. For example, if the standing drive closes during heating and the standing movement between O and X is absorbed by a spring, the actuator will move between X and Y during heating and close the valve and move from Y to Z when the power supply is reduced or switched off adjust in such a way that the slow curve parts beyond the points Y and Z are completely avoided.

F i g.11 zeigt eine Schaltung gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung, bei welcher ein Wechselstrom-Regelabweichungssignal in einer einzigen Transistorstufe verstärkt und der Ausgangsstufe zugeführt wird, die auch als Diskriminator wirkt. In Abwesenheit eines Signals ist der in der Ausgangsstufe durch den Transistor über die Wicklung 108 eines Zungenrelais 93 fließende Strom sehr klein; ein Signal geeigneter Phasenlage, d. h. in Phase mit der der Ausgangsstufe zugeführten Halbwellenspannung, bewirkt einen Anstieg des Stroms in der Ausgangsstufe. Bei einer ausreichenden Größe des Fehler- bzw. Regelabweichsignals schließen die Zungenkontakte und bewirken die Erregung der Heizvorrichtung 94 des Wärmeausdehnungsstellantriebs 95.Fig. 11 shows a circuit according to another embodiment of the invention, in which an AC error signal in a single The transistor stage is amplified and fed to the output stage, which also acts as a discriminator works. In the absence of a signal, that is in the output stage through the transistor The current flowing through the winding 108 of a reed relay 93 is very small; a signal suitable phase position, d. H. in phase with the half-wave voltage supplied to the output stage, causes the current in the output stage to rise. With a sufficient size of the error or control deviation signal, the tongue contacts close and cause the Energizing heater 94 of thermal expansion actuator 95.

Zur Erzielung des gewünschten Proportionalverhaltens sind Rückführvorrichtungen erforderlich; hierfür sind verschiedene Formen in Betracht gezogen. Eine erste Rückführvorrichtung besteht aus einem thermischen Element, wie es oben an Hand von F i g. 7 beschrieben wurde, daß gleichzeitig mit der Heizvorrichtung des Wärmeausdehnungsstellantriebs erregt wird; die temperaturempfindliche Wicklung ist so angeschlossen, daß sie ein dem Regelabweichungssignal entgegengerichtetes Signal erzeugt. Alternativ kann ein in der vorstehend erwähnten Weise erregtes Heizelement in Nähe des Raumtemperaturfühlorgans angeordnet sein, derart, daß es den Betrag des ursprünglichen Fehlersignals verringert. Eine zweite Rückführvorrichtung ist in F i g. 12 gezeigt; hierbei ist in der Meßbrücke 97 ein Schleifpotentiometer angeordnet; der verschiebbare Kontakt des Potentiometers ist mechanisch mit einer Betätigungsstange 98 des Stellantriebs verbunden, derart, daß bei einer Verstellung der Betätigungsstange der Abgleichzustand der Brücke 97 in einer Richtung, die einer Verringerung des ursprünglichen Fehlersignals entspricht, verändert wird. Selbstverständlich können statt eines Potentiometers, das einem Verschleiß unterliegt, andere Vorrichtungen verwendet werden, beispielsweise ein Dehnungsmeßstreifen, ein Differentialtransformator oder Vorrichtungen, die auf der Grundlage einer Induktivitäts-oder Kapazitätsänderung arbeiten.Feedback devices are used to achieve the desired proportional behavior necessary; various forms are envisaged for this. A first return device consists of a thermal element, as described above with reference to FIG. 7 described became that simultaneously with the heater of the thermal expansion actuator is excited; the temperature-sensitive winding is connected so that it is a the signal in the opposite direction to the control deviation signal is generated. Alternatively, a in the above-mentioned manner excited heating element in the vicinity of the room temperature sensing element be arranged such that it reduces the magnitude of the original error signal. A second feedback device is shown in FIG. 12 shown; here is in the measuring bridge 97 arranged a wiper potentiometer; the sliding contact of the potentiometer is mechanically connected to an actuating rod 98 of the actuator in such a way that that when the actuating rod is adjusted, the balance state of the bridge 97 in a direction corresponding to a decrease in the original error signal, is changed. Of course, instead of a potentiometer, you can use a Subject to wear, other devices are used, for example a Strain gauges, a differential transformer, or devices based on the Based on an inductance or capacitance change.

Wie in F i g. 12A gezeigt, kann an Stelle des in F i g. 12 dargestellten, durch ein Gestänge des Stellantriebs 98 betätigten Spannungsteilers eine veränderliche Gegeninduktivität 98A oder eine äquivalente Vorrichtung verwendet werden.As in Fig. 12A, instead of the one shown in FIG. 12 shown, by a linkage of the actuator 98 actuated voltage divider a variable mutual inductance 98A or equivalent device is used will.

Eine dritte Rückführvorrichtung ist in F i g. 13 gezeigt; bei dieser Ausführung ist ein temperaturempfindliches Element 99 in Wärmekontakt mit dem Körper des Stehantriebs 95 angeordnet, derart, daß es auf die Temperatur des geheizten Mediums anspricht. Das empfindliche Element ist in einen geeigneten Zweig der Meßbrücke 97 eingeschaltet, derart, daß es ein dem Fehler- bzw. Regelabweichsignal in der erforderlichen Weise entgegengerichtetes Signal erzeugt.A third feedback device is shown in FIG. 13 shown; at this Execution is a temperature-sensitive element 99 in thermal contact with the body of the standing drive 95 arranged such that it is heated to the temperature of the Medium appeals. The sensitive element is in a suitable branch of the measuring bridge 97 turned on, so that there is an error or control deviation signal in the required way opposite signal generated.

Die verschiedenen vorstehend beschriebenen Rückführvorrichtungen können gemäß der vorliegenden Erfindung entweder alternativ einzeln oder gemeinsam in der gleichen Schaltung Anwendung finden.The various feedback devices described above can according to the present invention either individually or together in the same circuit apply.

Bei der in F ig. 11 gezeigten Schaltung weist die Meßbrücke 97 vier Widerstände auf, von welchen einer, 100, aus temperaturempfindlichem Material besteht und in dem überwachten Raum angeordnet ist. Die Brücke wird aus einer 24-Volt-Wechselstromquelle 101 gespeist; die Ausgangsgröße der Brückenschaltung wird dem Verstärker 102 über einen Eingangstransformator 103 zugeführt. Der Verstärker 102 weist eine einzige Transistorstufe 104 herkömmlicher Art auf, einschließlich einer Phasenkorrektur zur Kompensation einer Phasenverschiebung in dem Transformator. Das verstärkte Signal wird bei 105 einer zweiten Stufe 106 zugeführt, welche einen Transistor 107 aufweist, in dessen Kollektorkreis die Erregerwicklung 108 des Zungenrelais 93 liegt; der Transistor 107 wird aus der 24-Volt-Wechselstromquelle 101 über eine Diode 109 gespeist. Die dem Kollektor des Transistors zugeführte Spannung ist somit halbwellengleichgerichtet, und der Kollektorstrom kann somit nur während einer Halbwelle fließen. Die zweite Stufe 106 spricht somit nur auf Eingangssignale an, die in Phase mit der Stromversorgung sind, entsprechend der gewünschten Polarität des Regelabweichungssignals; der hierdurch bedingte Kollektorstrom fließt durch die Erregungswicklung des Zungenrelais 93. Infolge der schnapperartigen Charakteristik stellt dieses ein Triggerelement mit zwei diskreten Zuständen dar, die vorgegebenen Schwellwerten des Regelabweichungssignals entsprechen können. Die Kontakte des Zungenrelais liegen im Ausgangskreis, derart, daß sie die Stromzufuhr von der 24-Volt-Stromquelle 101 zu der Heizvorrichtung des Wachsstellantriebs schalten.In the case of the in Fig. 11, the measuring bridge 97 has four resistors, one of which, 100, consists of temperature-sensitive material and is arranged in the monitored space. The bridge is powered by a 24 volt AC power source 101; the output variable of the bridge circuit is fed to the amplifier 102 via an input transformer 103. The amplifier 102 comprises a single transistor stage 104 of a conventional type including phase correction to compensate for a phase shift in the transformer. The amplified signal is fed at 105 to a second stage 106 which has a transistor 107, in whose collector circuit the excitation winding 108 of the reed relay 93 is located; the transistor 107 is fed from the 24-volt alternating current source 101 via a diode 109. The voltage supplied to the collector of the transistor is thus half-wave rectified, and the collector current can therefore only flow during one half-wave. The second stage 106 thus only responds to input signals which are in phase with the power supply, according to the desired polarity of the control error signal; the collector current caused by this flows through the excitation winding of the reed relay 93. As a result of the snapper-like characteristic, this represents a trigger element with two discrete states which can correspond to predetermined threshold values of the control deviation signal. The contacts of the reed relay are in the output circuit such that they switch the power supply from the 24 volt power source 101 to the heater of the wax actuator.

Die gezeigte Rückführschaltung weist ein Heizelement 110 auf, das parallel zu der Heizwicklung 94 des Stehantriebs 95 geschaltet ist; dieses Heizelement 110 ist so angeordnet, daß es das temperaturempfindliche Element 100 in dem überwachten Raum erwärmt. Mit dieser Anordnung kann bequem eine Periodendauer von etwa 20 bis 30 Sekunden erreicht werden.The feedback circuit shown includes a heating element 110, the is connected in parallel to the heating coil 94 of the upright drive 95; this heating element 110 is arranged so that it is the temperature sensitive element 100 in the monitored Room warms. With this arrangement, a period of about 20 to 30 seconds can be achieved.

Bei Anwendung der an Hand von F i g. 12 beschriebenen Potentiometer-Stellungsrückführung läßt sich eine Periodendauer mit der Hälfte dieses Werts erzielen; auch wird eine schnellere übergangsfunktion erreicht.When using the on the basis of FIG. 12 potentiometer position feedback a period with half this value can be achieved; also becomes a faster transition function achieved.

Eine weitere Ausführungsform ist in F i g. 14 dargestellt; hierbei speist ein Verstärker 102 wie in F i g. 11 ein Zungenrelais 93, das die Leistungszufuhr zu der Heizvorrichtung 94 des Wärmeausdehnungsstellantriebs 95 nach Maßgabe der an den Klemmen der Meßbrücke 97 erzeugten Signale schaltet. In diesem Falle ist jedoch nur eine Rückführung 111 vom Stellantrieb 95 zu der Meßbrücke vorgesehen, und zwar derart, daß eine Verstellung des Stehantriebs nach Maßgabe der seiner Heizvorrichtung 94 zugeführten Leistung an den Ausgangsklemmen der Meßbrücke ein Signal im Sinne einer Ausschaltung des Zungenrelais, und umgekehrt, erzeugt. Diese Anordnung verhält sich so, daß der Stellantrieb 95 um eine mittlere Lage oszilliert, welche durch die Größe der Regelabweichung bestimmt ist; die Amplitude und die Frequenz der erwähnten Schwingungen des Stellantriebs sind durch den Betrag der dem Stehantrieb zugeführten Heizleistung und durch die thermische Charakteristik des Stellantriebs bestimmt.Another embodiment is shown in FIG. 14 shown; here feeds an amplifier 102 as in FIG. 11 a reed relay 93, which the power supply to the heating device 94 of the thermal expansion actuator 95 in accordance with the signals generated at the terminals of the measuring bridge 97 switches. In this case it is however, only one return 111 is provided from the actuator 95 to the measuring bridge, in such a way that an adjustment of the standing drive according to its heating device 94 supplied power at the output terminals of the measuring bridge a signal in the sense an opening of the reed relay, and vice versa, generated. This arrangement behaves so that the actuator 95 oscillates about a central position, which through the size of the control deviation is determined; the amplitude and frequency of the mentioned Vibrations of the actuator are due to the amount of the upright drive supplied Heating power and determined by the thermal characteristics of the actuator.

F i g. 15 zeigt eine Abwandlung eines Teils der Schaltung gemäß F i g. 7; die Abwandlung besteht darin, daß zu der Vorrichtung gemäß F i g. 7 eine mechanische Rückführung nach Art der in F i g. 4 gezeigten zugefügt wird.F i g. 15 shows a modification of part of the circuit according to FIG i g. 7; the modification consists in that in addition to the device according to FIG. 7 a mechanical feedback of the type shown in FIG. 4 shown is added.

Bei der Anordnung gemäß F i g. 15 wird das Verbraucherelement durch eine Heizvorrichtung 148 eines Wärmeausdehnungsstellantriebs 149 gebildet; die der Heizvorrichtung 148 zugeführte Energie erwärmt ein Medium, beispielsweise Polyäthylen, das wenigstens innerhalb eines Teils des Bereichs, in welchem es stabil ist, einen hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzt; die Wärmeausdehnung dieser Substanz dient zum Antrieb einer Betätigungsvorrichtung entgegen einer Rückstellkraft. Der Stellantrieb 149 weist ein Betätigungsglied 150 auf, das kraftschlüssig mit einem Ventil 151 und einem Schleifabgriff 152 verbunden ist.In the arrangement according to FIG. 15, the consumer element is formed by a heating device 148 of a thermal expansion actuator 149; the energy supplied to heater 148 heats a medium, such as polyethylene, which has a high coefficient of thermal expansion within at least a portion of the area in which it is stable; the thermal expansion of this substance serves to drive an actuating device against a restoring force. The actuating drive 149 has an actuating member 150 which is connected in a force-locking manner to a valve 151 and a grinding tap 152.

Als Meßvorrichtung ist eine Brückenschaltung 153 mit einem Fühlglied 154 in einem ihrer Zweige vorgesehen. Wie an Hand von F i g. 4 beschrieben, wird durch Verschiebung des Schleifers 152 entlang einem Widerstand 155 der Abgleichzustand der Brückenschaltung verändert. Die Brückenschaltung weist ferner, in einem dem das Fühlglied 154 enthaltenden ersten Zweig entgegengesetzten zweiten Zweig, einen temperaturempfindlichen Widerstand 156 auf, der der Wärme ausgesetzt ist, die eine Heizvorrichtung 157 bei Erregung erzeugt. Die Heizvorrichtung 157 liegt in Reihe mit dem Verbraucher 148 und dem Gleichrichter 158.A bridge circuit 153 with a sensing element 154 in one of its branches is provided as a measuring device. As shown in FIG. 4, the balance state of the bridge circuit is changed by moving the wiper 152 along a resistor 155. The bridge circuit also has, in a second branch opposite the first branch containing the sensing element 154, a temperature-sensitive resistor 156 which is exposed to the heat generated by a heater 157 when energized. The heating device 157 is in series with the consumer 148 and the rectifier 158.

Die Wirkungsweise der thermischen Rückführung und der mechanischen Rückführung ist weiter oben an Hand der F i g. 7 und 4 beschrieben.The mode of action of thermal feedback and mechanical Return is further above on the basis of FIG. 7 and 4 described.

F i g. 16 zeigt ein Schaltungsbeispiel zu der in F i g. 1 gezeigten Blockschaltung. Bei dieser Ausführungsform werden dem Eingang des Verstärkers zwei Rückführsignale zugeführt. Da die Schaltung gemäß F i g. 16 allgemein teilweise der in F i g. 15 beschriebenen Schaltung und teilweise der in F i g. 6 beschriebenen Schaltung entspricht, wird sie hier nur kurz beschrieben.F i g. 16 shows a circuit example corresponding to that in FIG. 1 shown Block circuit. In this embodiment the input of the amplifier becomes two Feedback signals supplied. Since the circuit according to FIG. 16 generally partially the in F i g. 15 described circuit and partially in F i g. 6 described Circuit, it is only briefly described here.

Der Meßumformer weist eine Brückenschaltung mit einem Fühlglied 154 in einem Zweig und einem Widerstand 155 mit Schleifabgriff 152 entsprechend wie in F i g. 15 auf. Die Brückenschaltung wird mit Gleichstrom gespeist; der Schleifabgriff ist kraftschlüssig mit dem Betätigungsglied 150 eines Stellantriebs 149 verbunden; der Ausgang der Brückenschaltung ist mit einem Verstärker 159 verbunden.The measuring transducer has a bridge circuit with a sensing element 154 in a branch and a resistor 155 with grinding tap 152 corresponding to how in Fig. 15 on. The bridge circuit is fed with direct current; the grinding tap is positively connected to the actuator 150 of an actuator 149; the output of the bridge circuit is connected to an amplifier 159.

Der Verstärker weist einen Transistor 160' mit zugehörigen Schaltelementen als Chopper- bzw. Zerhackerstufe auf; auf diese Stufe folgt zunächst ein zweistufiger Wechselstromverstärker mit zwei Transistoren 161 und 162 und den zugehörigen Schaltelementen und sodann ein Diskriminator nach Art des in F i g. 6 gezeigten.The amplifier has a transistor 160 ' with associated switching elements as a chopper or chopper stage; This stage is first followed by a two-stage AC amplifier with two transistors 161 and 162 and the associated switching elements, and then a discriminator of the type shown in FIG. 6 shown.

Der Diskriminator ist mit einer Triggerschaltung der Art der in F i g. 8 gezeigten verbunden, welche zwei Transistoren 163, 164 und zugehörige Schaltungselemente aufweist.The discriminator has a trigger circuit of the type shown in F. i g. 8, which two transistors 163, 164 and associated circuit elements having.

Die Ausgangsschaltung ist im ganzen ähnlich der in F i g. 6 gezeigten.The output circuit is generally similar to that in FIG. 6 shown.

Eine erste Rückführschaltung weist einen Kondensator 165 auf, der in. Reihe mit einem Widerstand 166 über dem Heizelement 148 eines Wärmeausdehnungsstellantriebs 149 liegt. Der Kondensator 165 lädt bzw. entlädt sich somit, je nachdem, ob die Heizvorrichtung 148 erregt oder entregt ist; ein der Spannung an dem Kondensator 165 proportionales Rückführsignal wird dem Eingang des Verstärkers über einen Widerstand 167 zugeführt. Diese Rückführschaltung verleiht dem Regler daher eine entsprechende Proportionalwirkung.A first feedback circuit includes a capacitor 165, the in series with a resistor 166 across the heating element 148 of a thermal expansion actuator 149 lies. The capacitor 165 charges or discharges, depending on whether the Heater 148 is energized or de-energized; one of the voltage across the capacitor 165 proportional feedback signal is applied to the input of the amplifier through a resistor 167 supplied. This feedback circuit therefore gives the controller a corresponding one Proportional action.

Es ist weiter eine zweite Rückführschaltung vorgesehen, welche den Widerstand 155 mit dem Schleifabgriff 152 aufweist. Die Anordnung ist so getroffen, daß eine Verstellung des Betätigungsgliedes 150 im Ausgang des Meßumformers ein Signal erzeugt, das proportional, jedoch entgegengesetzt gerichtet zu dem Regelabweichungssignal ist, das die betreffende Verstellung des Betätigungsgliedes 150 hervorruft. Diese Rückführschaltung verleiht dem Regler daher ebenfalls eine entsprechende Proportionalwirkung.There is also a second feedback circuit is provided which the Has resistor 155 with the grinding tap 152. The arrangement is made so that an adjustment of the actuator 150 in the output of the transmitter Generates signal that is proportional, but oppositely directed, to the error signal is that causes the relevant displacement of the actuator 150. These The feedback circuit therefore also gives the controller a corresponding proportional effect.

Der steuerbare Siliziumgleichrichter 168 oder 169 kann durch eine beliebige andere Schaltvorrichtung ersetzt werden, beispielsweise einen Zungerelaisschalter 170, dessen Kontakte in Reihe mit dem Verbraucherelement 148 liegen und dessen Erregerwicklung 171 mit dem Ausgang -des Verstärkers verbunden ist; wie in F i g. 17 der Zeichnung gezeigt ist.The controllable silicon rectifier 168 or 169 can be through a any other switching device can be replaced, for example a tongue relay switch 170, whose contacts are in series with the consumer element 148 and whose excitation winding 171 is connected to the output of the amplifier; as in Fig. 17 of the drawing is shown.

Bei den vorstehend beschriebenen Anordnungen mit Stellungsrückführung kann das Betätigungsglied 150 statt mit einem SchleifabgrifE 152, der einen verstellbaren Kontakt mit einem Widerstand 155 in der Brückenschaltung des Meßumformers herstellt, alternativ kraftschlüssig mit einer veränderlichen Gegeninduktivitätsanordnung 172 verbunden sein, wie in F i g. 18 dargestellt ist.In the arrangements described above with position feedback the actuator 150 can be used instead of a grinding tap 152, which is an adjustable Makes contact with a resistor 155 in the bridge circuit of the transmitter, alternatively frictionally with a variable mutual inductance arrangement 172 be connected as shown in FIG. 18 is shown.

Eine weitere Alternativform der Stellungsrückführung ist in F i g. 19 gezeigt. Bei dieser Alternativausführung ist die Meßeinrichtung bzw. der Meßumformer als Brückenschaltung ausgebildet, die in ihrem einen Zweig ein Fühlglied 154 und außerdem in einem diesem Zweig diametral entgegengesetzten zweiten Zweig ein temperaturempfindliches Element 156 aufweist, das der Temperatur des Gehäusekörpers eines Wärmeausdehnungsstellantriebs 149 ausgesetzt ist. Wenn sich der Gehäusekörper des Stellantriebs infolge einer Erregung der Heizvorrichtung 148 des Stellantriebs erwärmt, so verstellt sich das Stellglied 150 des Stehantriebs nach Maßgabe der mittleren Gehäusetemperatur. Da der Widerstandswert des temperaturempfindlichen Widerstands 156 sich nach Maßgabe der mittleren Temperatur ändert, wird der Abgleichzustand der Brücke nach Maßgabe der Stellung des Betätigungsgliedes 150 geändert.Another alternative form of position feedback is shown in FIG. 19 shown. In this alternative version, the measuring device or the measuring transducer is designed as a bridge circuit, one branch of which has a sensing element 154 and also a temperature-sensitive branch in a second branch diametrically opposite this branch Element 156, which is the temperature of the housing body of a thermal expansion actuator 149 is exposed. If the actuator housing body moves as a result of a The excitation of the heater 148 of the actuator is heated, so this is adjusted Actuator 150 of the upright drive in accordance with the mean housing temperature. There the resistance value of the temperature-sensitive resistor 156 varies according to the mean temperature changes, the balance state of the bridge is made according to the position of the actuator 150 changed.

Die im vorhergehenden Teil beschriebenen thermischen Rückführungen, die dem Regler ein Proportionalverhalten verleihen, können durch die in F i g. 20 gezeigte Schaltanordnung ersetzt werden; bei dieser Anordnung ist ein Heizelement 157 zur Heizung eines in einem Zweig der Brückenschaltung des Meßumformers angeordneten temperaturempfindlichen Fühlgliedes 154 vorgesehen; die Heizvorrichtung 1.57 ist parallel zu der Heizvorrichtung 148 des Wärmeausdehnungsstellantriebs geschaltet. Da die Aufheizung des Fühlglieds 154 proportional der dem Stellantrieb zugeführten mittleren Leistung ist, verleiht diese Anordnung dem Regler ebenfalls ein Proportionalverhalten.The thermal feedback described in the previous part, which give the controller a proportional behavior can be achieved by the in F i g. 20th shown switching arrangement are replaced; in this arrangement is a heating element 157 for heating a arranged in a branch of the bridge circuit of the transmitter temperature sensitive sensing member 154 provided; the heater is 1.57 connected in parallel with the heater 148 of the thermal expansion actuator. Since the heating of the sensing element 154 is proportional to that supplied to the actuator is medium power, this arrangement also gives the controller a proportional behavior.

F i g. 21 zeigt ein Schaltbild einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Bei diesem Ausführungsbeispiel weist die Meßeinrichtung eine Brückenschaltung mit einem Fühlglied 154 in einem ihrer Zweige auf. Der Eingang der Brückenschaltung ist an den Klemmen 173 und 174 angeschlossen, die mit einer Wechselspannungsquelle verbunden sind. Das Fühlglied 154 ist der Wärme ausgesetzt, die bei Erregung einer Heizvorrichtung 157 erzeugt wird; die Vorrichtung zur Erregung der Heizvorrichtung 157 wird weiter unten beschrieben.F i g. FIG. 21 shows a circuit diagram of a further embodiment of FIG Invention. In this embodiment, the measuring device has a bridge circuit with a feeler 154 in one of its branches. The entrance of the bridge circuit is connected to terminals 173 and 174, which is connected to an AC voltage source are connected. The sensing member 154 is exposed to the heat that is generated when a Heater 157 is generated; the device for energizing the heating device 157 is described below.

Das Ausgangssignal der Brückenschaltung wird einem Eingangstransformator 175 eines Verstärkers zugeführt; der Verstärker weist eine Verstärkerstufe mit einem Transistor 176 und den zugehörigen Schaltungselementen in bekannter Schaltung auf; die Verstärkerstufe wird von den Klemmen 173 und 174 über eine Diode 177 gespeist.The output of the bridge circuit becomes an input transformer 175 fed to an amplifier; the amplifier has an amplifier stage with a Transistor 176 and associated circuit elements in a known circuit; the amplifier stage is fed from terminals 173 and 174 via a diode 177.

Das Verstärkerausgangssignal wird einer kombinierten Trigger- und Ausgangsschaltung zugeführt, welche einen Transistor 178 aufweist, in dessen Kollektorkreis die Wicklung 171 eines Zungenrelais 170 sowie eine Diode 179 in Reihe liegen. Parallel zu der Wicklung 171 liegt ein Kondensator 180.The amplifier output signal is fed to a combined trigger and output circuit which has a transistor 178, in whose collector circuit the winding 171 of a reed relay 170 and a diode 179 are connected in series. A capacitor 180 is located in parallel with the winding 171.

Die Anordnung ist so getroffen, daß die Wicklung 171 des Zungenrelais nur dann stromdurchflossen ist, wenn die Phase des von der Brückenschaltung erzeugten Signals mit der Phase der dem Kollektor des Transistors 178 zugeführten Speisespannung über-. einstimmt. Infolge der schnappartigen Ansprechcharakteristik des Zungenrelais 170 kann die Anordnung so getroffen werden, daß die Relaiskontakte bei -vorgegebenen Werten des von der Brückenschaltung erzeugten Signals schließen bzw. öffnen. Das Zungenrelais wirkt somit als Triggerelement.The arrangement is such that the winding 171 of the reed relay current is only flowing through it when the phase of the generated by the bridge circuit Signal with the phase of the supply voltage applied to the collector of transistor 178 above-. agrees. As a result of the snap-action response characteristics of the reed relay 170 the arrangement can be made so that the relay contacts at -specified Close or open values of the signal generated by the bridge circuit. That The tongue relay thus acts as a trigger element.

Die Kontakte des Zungenrelais 170 liegen in Reihe mit einer Heizvorrichtung 148 eines Wärmeausdehnungsstellantriebs zwischen den Anschlußklemmen 173 und 174. Die Heizvorrichtung 157 ist mittels (nicht dargestellter) Leitungen, welche die Punkte x, x und y, y miteinander verbinden, parallel zu der Heizvorrichtung 148 geschaltet.The contacts of the reed relay 170 are in series with a heater 148 of a thermal expansion actuator between terminals 173 and 174. The heater 157 is by means (not shown) lines which the Connect points x, x and y, y, parallel to heater 148 switched.

Die thermische Rückführschaltung mit der Heizvorrichtung 157 verleiht dem Regler ein Proportionalverhalten, wie vorstehend an Hand von F i g. 21 beschrieben.The thermal feedback circuit with the heater 157 gives proportional behavior to the controller, as above with reference to FIG. 21 described.

Die in F i g. 21 gezeigte Anordnung weist ferner eine zweite Rückführschaltung auf, mittels welcher der Abgleichzustand der Brückenschaltung nach Maßgabe der Verstellung des Betätigungsgliedes 150 des Wärmeausdehnungsstellantriebs veränderbar ist. Diese Rückführschaltung weist einen längs eines Widerstands 155 verschiebbaren Schleifkontakt 152 auf, der kraftschlüssig mit dem Betätigungsglied 150 verbunden ist; der Widerstand 155 liegt in der Brückenschaltung, derart, daß der Schleifkontakt 152 eine Ausgangsklemme der Brücke bildet. Diese zweite Rückführschaltung kann für viele Anwendungsfälle fortgelassen werden, wobei der dann verbleibende Regler ausreicht. Jedoch ist die Einführung einer zweiten (Stellungs-)Rückführung von bestimmten Vorteilen begleitet, die weiter unten im einzelnen erläutert werden.The in F i g. 21 further includes a second feedback circuit on, by means of which the balance state of the bridge circuit according to the adjustment of the actuator 150 of the thermal expansion actuator is variable. These Feedback circuit has a sliding contact that can be displaced along a resistor 155 152, which is positively connected to the actuating member 150; the resistance 155 is in the bridge circuit, so that the sliding contact 152 is an output terminal the bridge forms. This second feedback circuit can work for many Applications can be omitted, the remaining controller then being sufficient. However, the introduction of a second (positional) feedback has certain advantages which are explained in detail below.

F i g. 22 zeigt das Schaltbild einer weiteren Ausführungsform der Erfindung; diese unterscheidet sich von der Ausführungsform gemäß F i g. 16 darin, daß das Triggerelement und die Ausgangsschaltung gemäß F i g. 16 durch eine kombinierte Trigger- und Ausgangsschaltung mit einem Zungenrelais 170 ersetzt sind. Wie die Ausführungsform gemäß F i g. 16 weist auch die Ausführungsform gemäß F i g. 22 eine erste Rückführschaltung mit einem Widerstandskondensatorglied sowie eine zweite Rückführschaltung mit Vorrichtungen zur Veränderung des Abgleichzustandes der Brückenschaltung des Meßumformers nach Maßgabe der Stellung des Betätigungsgliedes 150 des Wärmeausdehnungsstellantriebs 149 auf, wobei beide Rückführschaltungen dem Regler ein entsprechendes Proportionalverhalten erteilen.F i g. 22 shows the circuit diagram of a further embodiment of the invention; this differs from the embodiment according to FIG. 16 in that the trigger element and the output circuit according to FIG. 16 are replaced by a combined trigger and output circuit with a reed relay 170 . As the embodiment according to FIG. 16 also has the embodiment according to FIG. 22 a first feedback circuit with a resistive capacitor member and a second feedback circuit with devices for changing the balance state of the bridge circuit of the transmitter according to the position of the actuator 150 of the thermal expansion actuator 149, both feedback circuits giving the controller a corresponding proportional behavior.

Bei sämtlichen, vorstehend an Hand der F i g. 15, 16, 21 und 22 beschriebenen Anordnungen sind zwei gesonderte Rückführschaltungen vorgesehen, deren jede dem Regler ein entsprechendes Proportionalverhalten erzeugt. Derartige Anordnungen mit zwei Rückführschaltungen haben zwei bedeutsame Vorteile, nämlich: a) Die Zeitverzögerung zwischen einer Änderung des Regelabweichungssignals und einer Verstellung des Betätigungsgliedes des Stehantriebs in eine dem veränderten Regelabweichungssignal entsprechende Stellung wird stark verringert; b) die Genauigkeit des Reglers erhöht sich.In all of the above with reference to FIGS. 15, 16, 21 and 22 described Arrangements are provided with two separate feedback circuits, each of which the Controller generates a corresponding proportional behavior. Such arrangements with two feedback circuits have two significant advantages, namely: a) The time delay between a change in the control deviation signal and an adjustment of the actuator of the standing drive into a position corresponding to the changed control deviation signal is greatly reduced; b) the accuracy of the controller increases.

Eine durch eine Rückführschaltung der erwähnten Art mit einem Widerstandskondensatorglied oder einem thermischen Element hervorgerufene Proportionalwirkung bewirkt, daß der Stellantrieb nach einer Änderung des Regelabweichungssignals seine Endstellung nach einer Periode erreicht, deren Dauer durch die Zeitkonstante der Verstellbewegung des Stehantriebs bestimmt ist. Diese Periode kann so lang sein, daß sie für bestimmte Anwendungsfälle unzulässig groß wird.One by a feedback circuit of the type mentioned with a resistive capacitor member or a thermal element induced proportional action causes the Actuator to its end position after a change in the control deviation signal of a period, the duration of which is determined by the time constant of the adjustment movement of the standing drive is determined. This period can be so long that it is for certain Use cases becomes unacceptably large.

Eine Stellungsrückführung vermeidet diese Schwierigkeit innerhalb eines bestimmten Bereichs; jedoch wird die Schaltzyklusperiodendauer von den Eigenschaften der zu regelnden Anlage abhängig, wenn der Stellantrieb sich nach einer Änderung des Regelabweichungssignals seiner Endstellung nähert; die Schaltzyklusdauer kann dabei so lang werden, daß der Stellantrieb während so langer Zeitperioden erregt wird, daß er zwischen zwei weit auseinander liegenden Stellungen hin- und herschwingt, was selbstverständlich nicht tragbar ist.Position feedback avoids this difficulty within a certain area; however, the duty cycle period depends on the characteristics depending on the system to be controlled, if the actuator is after a change the control deviation signal approaches its end position; the switching cycle time can be so long that the actuator is energized for such long periods of time it will swing back and forth between two widely spaced positions, which of course is not acceptable.

Durch Verwendung einer Stellungsrückführung zusätzlich zu und in Verbindung mit einer Widerstandskondensator- oder thermischen Rückführung kann die Schaltzyklusdauer so begrenzt werden, daß sie nicht unzulässig hoch wird, wenn der Stellantrieb sich einer endgültigen Stellung annähert.By using a position feedback in addition to and in connection with a resistive capacitor or thermal feedback, the switching cycle duration be limited so that it is not unacceptably high when the actuator is approaches a final position.

Vorzugsweise beträgt die Schaltzyklusdauer der beschriebenen Regler, wie schon oben ausgeführt, zwischen 50 und 2% der Zeitkonstante der Verstellbewegung des Stellantriebs; ist nämlich die Schaltzyklusdauer größer als die angegebene obere Grenze, so oszilliert der Stellantrieb mit einer unzulässig großen Amplitude; ist die Schaltzyklusdauer kleiner als der angegebene untere Wert, so benötigt der Stellantrieb eine unzulässig lange Zeit, um nach einer Änderung des Regelabweichungssignals seine endgültige Stellung zu erreichen, sofern nicht zwei Proportional-Rückführschaltungen wie beschrieben verwendet werden. Die untere Schranke kann wesentlich kleiner als 2% sein, wenn der Regler mit einer Stellungsrückführung versehen ist.The switching cycle duration of the controllers described is preferably as already stated above, between 50 and 2% of the time constant of the adjustment movement of the actuator; namely, the switching cycle duration is greater than the specified upper Limit, the actuator oscillates with an impermissibly large amplitude; is The actuator requires the switching cycle duration to be less than the specified lower value an impermissibly long time after a change in the system deviation signal to reach final position, unless two proportional feedback circuits can be used as described. The lower bound can be much smaller than 2% if the controller is provided with position feedback.

Vorzugsweise ist der Regler auch so ausgebildet, daß die Umschaltdauer ausreichend kurz ist, damit der Stellantrieb mit einer Frequenz oszilliert, die genügend groß ist, um eine nennenswerte Schwingung der in der Anlage zu regelnden physikalischen Größe zu vermeiden. Durch diese Maßnahme wird die Reibung zwischen den beweglichen Teilen überwunden, und die mittlere Stellung des Betätigungsgliedes des Stehantriebs kommt näher an den theoretisch gewünschten Wert zu liegen, als es der Fall wäre, wenn keine Oszillation des Stehantriebs stattfindet.The controller is preferably also designed in such a way that the switching duration is short enough for the actuator to oscillate at a frequency that is large enough to allow a significant vibration to be controlled in the system physical size to avoid. By doing this, the friction between overcome the moving parts, and the middle position of the actuator of the standing drive comes closer to the theoretically desired value than it would be the case if there was no oscillation of the standing drive.

Man erkennt, daß die auf das Betätigungsglied des Stellantriebs ausgeübte Schubkraft in dem Maße abnimmt, als das Betätigungsglied sich einer endgültigen Stellung entsprechend dem jeweiligen Regelabweichungssignal nähert; daraus folgt, daß, falls keine Oszillation des Stellantriebbetätigungsgliedes stattfindet, der Schub auf einen Wert absinkt, der gleich der Reibung vor Erreichung des theoretischen Endwertes ist, und der Stellantrieb kommt so vor Erreichung der theoretischen Endstellung zur Ruhe. Bei Verwendung eines Wärmeausdehnungsstellantriebs wird dieser unerwünschte Fehler durch die geringfügige Kompressibilität des Wachses bzw. Polyäthylens in dem Stellantrieb noch erhöht.It can be seen that the exerted on the actuator of the actuator Thrust decreases as the actuator becomes a final one Position corresponding to the respective system deviation signal approaches; it follows, that if there is no oscillation of the actuator actuator, the Thrust drops to a value which is equal to the friction before reaching the theoretical End value is, and the actuator comes before reaching the theoretical end position to rest. When using a thermal expansion actuator, this becomes undesirable Error due to the slight compressibility of the wax or polyethylene in the actuator still increased.

Die Verbesserung der Genauigkeit, die man erhält, indem man die Anordnung so trifft, daß derartige Schwingungen des Stellantriebs stattfinden, ist so groß, daß für manche Anwendungsfälle die Anwendung einer Stellungsrückführung neben einer anderen Proportionalrückführung entbehrlich wird.Improving the accuracy obtained by changing the arrangement hits so that such vibrations of the actuator take place is so great that for some applications the use of a position feedback in addition to a other proportional feedback is dispensable.

Claims

Claims: 1. Electrical process control device in which having a constant control deviation signal by means of a bistable switching means Two-position controller and a feedback into a pulse-width-modulated pulse signal is converted to control a continuous actuator, characterized by the use of a proportional thermal expansion actuator (37, F i g. 2, 3, 4, 5; 69, Fig. 6 to 9; 95, Fig. 11 to 1.4; 148 to 150, FIG. 16 to 22), the propellant of which changes according to the application of the pulse width modulated The output signal of the controller expands in such a way that a proportional behavior of the actuator is achieved.

2. Control device according to claim 1, characterized by a second, continuous feedback (98, 96, Fig. 12; 98, 98 A, Fig. 12 A; 99, Fig. 13; 95, 111, Fig. 14; 150, 152, Fig. 15, 16, 21, 22; 150,172, Fig. 18; 148,156, F. i g. 19; 148, 157, fig. 20), which is proportional to the expansion of the propellant of the thermal expansion actuator is controlled.

3. Control device according to claim 1 or 2, characterized in that the bistable switching means (31, 32, 46, 47, 48 or 31, 32, 35) of the two-position controller on the one hand the application the feedback effecting the pulse width modulation and, on the other hand, the application of the thermal expansion actuator with the pulse width modulated output signal 'of the controller is controllable.

4. Control device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the two-position controller is an electronic amplifier (31, 32) to which the constant control deviation signal is fed and its Output variable is fed to a switch (35, 46, 47, 49).

5. Control device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the first feedback through the bistable, which effects the pulse width modulation Switching means of the two-position controller is supplied with a constant feedback voltage.

6. Control device according to claim 5, characterized in that; that through the switch the application of the constant feedback voltage to the first feedback and the application of the thermal expansion actuator can be controlled synchronously.

7th Control device according to one of Claims 1 to 6, characterized in that the the first feedback effecting the pulse width modulation as negative feedback is formed and an RC element (41, 42) with a relatively short time constant having. B.

Control device according to claim 7, characterized in that the first Feedback to achieve PI control, a differentiating RC feedback element (50, 51) with a large time constant.

9. Control device according to one of claims 3 to 8, characterized in that the feedback (41, 42) effecting the pulse width modulation with the amplifier input (31, 32) and with the part of the circuit (30, 54, 55) which supplies the continuous control deviation signal connected is.

10. Control device according to one of claims 3 to 8, characterized in that the control amplifier is designed in two stages and the pulse width modulation effecting feedback only bridged the second amplifier stage.

11. Control device according to one of claims 2 to 10, characterized in that the second return than responsive to the temperature of the propellant of the thermal expansion actuator thermal feedback is formed.

12. Control device according to claim 11, characterized characterized in that the second return as a temperature-sensitive element Has resistance with a positive temperature coefficient.

13. Control device according to claim 11, characterized in that the second return is a temperature-sensitive Element has a resistor with a negative temperature coefficient.

14. Control device according to one of the preceding claims, characterized in that the actuator has a polyethylene filling as a propellant.

15. Control device according to a of claims 4 to 14, characterized in that the switch is an electronic actuated mechanical switch.

16. Control device according to one of the claims 4 to 14, characterized in that the switch is a controllable silicon rectifier is. 17: Control device according to one of Claims 4 to 14, characterized in that that the switch is a reed relay.