DE1523475A1 - Regelschaltung mit PD-Verhalten - Google Patents

Description

• Regelschaltung mit PD--Verhalten Die Erfindung bezieht sich auf eine Regelschaltung mit einer Meßstelle und einem Ausgangswert mit PD--Vernalten, insbesondere für temperaturabhängig gesteuerte Regelkreise. Regelschaltungen dieser Art besitzen im allgemeinen nur ein einziges Fühlerelement. Dieses mißt den Augenblickswert der zu messenden physikalischen Größe. Wünscht man ein PD-Verhalten, so wird zwischen den Meßfühler-und den Schaltungsausgang irgendeine Schaltung mechanischer, hydraulischer, elektrischer oder sonstiger Art gelegt, die die Meßwerte des Fühlerelements differenzieren und die so gewonnene Größe zusammen mit dem eigentlichen Meßwert am Ausgang zur Verfügung stellen. Die für die Differentiation benötigten Elemente sind aber umso größer und teuerer und arbeiten umso genauer, je langsamer die Änderungen der zu messenden physikalischen Größe sind. Beispielsweise treten bei der Regelung der Raumtemperatur mit Hilfe einer Heizungsanlage so langsame Änderungen auf, daß eine Differen.-zierung mit den herkömmlichen Mitteln äußerst- schwierig und teuer ist" Es sind .ferner Regelschaltungen bekannt, die mit einer Regelgröße und einer Hilfsregelgröße arbeiten und bei denen zwei Meßstellen mit je einem Fühler an verschiedenen Punkten des Regelsystems vorgesehen sind. Die beiden Meßfühler haben hierbei eine unterschiedliche Zweckbestimmung, sollen aber kein PD-Verhaltenlmrvorrufen. Es ist auch eine Regelschaltung mit zwei Meßstellen bekannt, die mit Thermoelementen ausgestattet sind, welche in Reihe liegen. An der einen Meßstelle befindet sich ein Doppelfühler, bei dem ein träge ansprechendes Thermoelement und ein schnell ansprechendes Thermoelement dicht nebeneinander angeordnet und elektrisch in. Reihe geschaltet sind. Die beiden Thermoelemente sind so abgeglichen, daß im stationären Zustand ihre Spannungen einander aufheben, bei schnellen Änderungen die Spannung des weniger trägen. überwiegt. Auch dies führt nicht zu einem PD-Verhalten. Der Erfindungliegt die Aufgabe zugrunde, eine Regelschaltung mit nur einer MPßstelle und einem Ausgangswert mit PD-Verhalten anzugeben, die einen sehr viel. einfacheren Aufbau hat als die bekannten Schaltungen dieser Art, Sollte die Regelschaltung mehrere Meßs tellen aufweisen, so befaßt sich die Erfindung nur mit demjenigen Teil der Regelschaltung, der eine Meßstelle aufweist und einen Ausgangqwert mit PD-Verhalten abgibt. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß an der einen YeßsteiI.e ein an siüh bekannter Doppelfühler, dessen erstes Fühlerelement unmittelbar und dessen zweites Fühlerelement mit Verzögerung dem Meßwert folgt, angeordnet ist und in der Schaltung sowohl. der Meßwert des e-^s@en Fühlerelements als

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  Der Meßwert des ersten Fühlerelements ergibt hierbei den P-Einfluß. Durch das verzögert arbeitende zweite Fühlerelement wird jeweils ein künstlicher Bezugspunkt geschaffen, der sich erst allmählich einer Änderung der physikalischen Größe anpaßt. Im Zusammenwirken mit dem ersten Fühler vermag er daher einen D-Einfluß beizusteuern. Man benötigt daher keine großen, teuren oder ungenauen Differentiationsglieder in der Regelschaltung. Der D-Einfluß wird vielmehr durch ganz einfache Fühlerelemente eingeführt. Eine für Temperaturmeßzwecke sehr geeignete Fühlereinheit ergibt sich, wenn das erste Fühlerelement ein rohrförmiger temperaturabhängiger Widerstand ist, in dessen Innerem ein weiterer temperaturabhängiger Widerstand als zweites Fühlerelement wärmeisoliert gelagert ist. Ein solcher Temperatur-Doppelfühler hat einen sehr einfachen Aufbau und kann am Einbauort wie ein einzelnes Pühlerelement gehandhabt werden. Die Fühlerelemente können bereits in der Fabrik genau aufeinander abgestimmt werden, desgleichen kann die Zeitkonstante durch Wahl der Wärmeisolation jedem Wunsch angepaßt werden. Um die Meßwerte der Fühlerelemente in der angestrebten Weise am Ausgang der Schaltung zur Verfügung stellen zu können, lassen sich die verschiedensten Schaltungen angeben. Beispielsweise kann man die Meßwerte in einem Mehrwicklungs-Transformator miteinander kombinieren. Eine besonders große Empfindlichkeit ergibt sich, wenn die beiden Fühlerelemente den Widerstand zweier Zweige einer Brückenschaltung steuern, an deren Diagonale die Ausgangsklemmen angeschlossen sind. Dies führt zu einer sehr einfachen Regelschaltung ohne den Einbau spezieller Differentialglieder. Ferner kann die eine Ausgangsklemme an dem verstellbaren Abgriff eines Widerstandes liegen, der den einen Diagonalpunkt mit einem Punkt konstanter Spannung verbindet. Hierdurch kann man jeden gewünschten Abgleich herstellen und insbesondere den P-Einfluß einerseits und den D-Einfluß andererseits auf den Ausgangswert nach Belieben, nämlich jeweils zwischen 0 und 100%, verändern. Die erfindungsgemäße Schaltung eignet sich vor allem für Regelkreise, in denen sie ein integrierendes Stellglied, z. B. einen elektrischen Stellmotor, steuert. Durch diese Kombination ergibt sich ein PI-Verhalten des gesamten Regelkreises, das man bei derartigen Stellmotoren sonst nur auf komplizierte Art und Weise, beispielsweise mit Hilfe eines sehr speziell eingebauten Rückführungspotentiometers zusätzlich zur Regelschaltung,, erreichen konnte. Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeiepiels näher erläutert. Es zeigens Fig. 1 eine Fühlereinheit, wie sie in der erfindungsgemäßen Regelschaltung verwendet werden kann, Pig. 2 eire Brückenschaltung für eine erfindungegemäße Regelschaltung und Fig. 3 einen Temperaturregelkreis unter Verwendung der erfindungsgemäßen Regelschaltung.
• Der Doppelfühler 1 in Pig. 1 besitzt als erstes Fühlerelement einen äußeren rohrförmigen temperaturabhängigen Widerstand 2 mit Anschlußleitungen 3 und 4. In seinem Inneren befindet sich als zweites Fühlerelement ein zylindrischer temperaturabhängiger Widerstand 5 mit Anschlußleitungen 6 und 7. Der Innenraum des ersten Elements 2 ist um das zweite Element 5 herum mit einem Stoff 8 geringer Wärmeleitfähigkeit ausgefüllt. Das Medium, dessen Temperatur zu messen ist, wirkt direkt auf die Oberfläche des ersten Elements 2, so daß sich dieses der jeweiligen Temperatur unmittelbar oder praktisch ohne Zeitverzögerung anpaßt. Das zweite Element 5 dagegen kann nach einer Temperaturänderung die neue Temperatur erst nach einer gewissen Zeit annehmen, da die geringe Wärmeleitfähigkeit der Isolation 8 und die Masse des Elements 5 die beabsichtigte Zeitverzögerung bewirken. Bei der Brückenschaltung nach Fig. 2 bilden die beiden Fühler.-elemente 2 und 5 je einen Zweig einer Brückenschaltung, während in den beiden weiteren Zweigen die konstanten Widerstände 9 und 1o liegen. Der eine Diagonalpunkt 11 führt direkt zu einer Ausgangsklemme 12. Der andere Diagonalpunkt 13 ist über einen Widerstand 14 mit verstellbarem Abgriff 15 an einen Punkt 16 konstanter Spannung gelegt. Diese Spannung ist durch die Spannungsteilung der beiden Widerstände 17 und 18 gegeben. Der Abgriff 15 ist mit der zweiten Ausgangsklemme 19 verbunden.
• Wenn an die Eingangsklemmen 2o der Brückenschaltung eine Gleichspannung angelegt wird, kann man an den Ausgangsklemmen 12, 19 eine Ausgangsspannung Ua abnehmen, deren Größe und Richtung von der jeweiligen Änderung des Meßwertes des Elements 2 und der Differenz der Meßwerte der Elemente 2 und 5 abhängt. Setzt man einen Gleichgewichtszustand voraus, bei dem die Widerstandswerte der Elemente 2 und 5 sowie der Widerstände 9, 1o, 17 und 18 einander glebh sind, so gilt für kleinere Änderungen der Temperatur annähernd Ua.-.# (1 - @C)ZR2 +CZ- (A R2 L@R5).
• ,Bierbei sei R2 der Widerstandswert des Elements 2 und R5 der Widerstandswert des Elements 5. Außerdem seip(der an dem Widerstand 14 abgegriffene Teil (vgl. die Eintragung in Fig. 2). Bei dem Regelkreis nach Fig. 3 wird ein Mischventil 21, dem Kaltwasser K über die Zeitung 22 und Warmwasser W über die Leitung 23 zugeführt und von der Gemischtwasser G über die Leitung 24 abgeführt wird, durch einen elektrischen Stellmotor 25 gesteuert. Dieser erhält seine Spannung über ein polarisiertes Relais 26, das -- gegebenenfalls über einen Verstärker 27 - von einer Brückenschaltung nach Fig. 2 beeinflußt wird. In diesem Ausführungsbeispiel liegt der Doppelfühler 1 mit den beider. Fühlerelementan 2 und 5 an einer Meßstelle in eixier Ausbauchung 28 der GEraischtwasserleitung 24. Das PD-Verhalten des_Meßumformers führt in Verbindung mit dem I-Verhalten des Stellmotors 25 zu einem PI-Verhalten des gesamten Regelkreises. Aus Pig. 3 ist noch ersichtlich, daß die Widerstände 17 und 18 ebenfalls einen Spannungsteiler bilden können, der einen verstellbaren Abgriff 16 besitzt. Dieses ermöglicht die Einstellung des Regulierungspunktes. Au' diese Weise bestehen zwei Einstell-- und Abgleichsmöglichkeiten, die die Regelschaltung allen Anwendungszwecken anzupassen gestatten.

Claims (5)

1. Patentansprüche 1. Regelschaltung mit einer Meßstelle und einem Ausgangswert mit PD-Verhalten, insbesondere für temperaturabhängig gesteuerte Regelkreise, dadurch gekennzeichnet, daß an der einen Meßstelle ein an sich bekannter Doppelfühler, dessen erstes Fühlerelement unmittelbar und dessen zweites Fühlerelement mit Verzögerung dem Meßwert folgt, angeordnet ist und in der Schaltung sowohl der Meßwert des ersten Fü.hlerelements als auch die Differenz der Meßwerte beider Fühlerelemente ausgewertet wird.
2. 2. Regelschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Fühlerelement ein rohrförmiger temperaturabhängiger Widerstand ist, in dessen Innerem ein weiterer temperaturabhängiger Widerstand als zweites Fühlerelement wärmeisoliert gelagert ist.
3. 3. Regelschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Fühlerelemente den Widerstand zweier Zweige einer Brückenschaltung steuern, an deren Diagonale die Ausgangsklemmen angeschlossen sind.
4. 4. Regelsehaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Ausgangsklemme an dem verstellbaren Abgriff eines Widerstandes liegt, der den einen Diagonalpunkt mit einem Punkt konstanter Spannung verbindet.
5. 5. Regelschaltung nach einem der Ansprüche 7 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein integrierendes Stellglied, z.B. einen elektrischen Stellmotor.ateuert,