DE1908769A1

DE1908769A1 - Verfahren und elektrischer Steuerkreis zum Regeln eines elektrischen Widerstandsweges auf eine einstellbare konstante Temperatur

Info

Publication number: DE1908769A1
Application number: DE19691908769
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Quickfit and Quartz Ltd
Current assignee: Quickfit and Quartz Ltd
Priority date: 1968-02-20
Filing date: 1969-02-18
Publication date: 1969-09-11
Also published as: RO57808A; YU36369A; US3585267A; NL6902513A; SE348918B; CA921589A; YU31780B; FR2002239A1; GB1210432A

Description

^- W/Vh-2439

18.2.69

QUICOIiP & QUARTZ LIMITED, Stone, Staffordshire /England

Verfahren und elektrischer Steuerkreis zum

Regeln eines elektrischen Widerstandsweges auf eine einstellbare- konstante Temperatur

Die Erfindung bezieht sieh auf ein Verfahren zum Regein eines elektrischen Widerstandsweges auf eine einstellbare konstante Temperatur. -...-' ^

Die Erfindung ist überall dort anwendbar, wo es . darauf ankommt, einen elektrischen Widerstandsweg unter konstanten .Temperaturbedingungen zu halten, wie dies insbesondere bei Anlagen zur elektrischen Widerstandsheizung beispielsweise in der Glasindustrie der'Pail ist.

Die Regelung der Temperatur eines elektrischen Widerstandsweges ist besonders dort wichtig, wo örtliche Über-

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hitzungen vermieden werden müssen. Bei Überhitzung kann die umgebende Isolation schadhaft werden. Bisher sind reichlich verwickelte Regeleinrichtungen erforderlich gewesen, um die von.einer elektrischen Quelle für den Heizstrom zu dem elektrischen Widerstandsweg zugespeiste Leistung zu steuern.

Auf Temperatur ansprechende Hinrichtungen wie Thermoelemente sind zur Anzeige der Temperatur an besonderen Punkten des elektrischen Widerstandsweges oder in dessen \wähe, beispielsweise der umgebenden Isolation vorgesehen worden. Die Verwendung von Thermoelelementen bedingt jedoch den Aufwand von umfangreichen Einrichtungen zur Aufzeichnung und. Regelung. Ferner können die Thermoelemente selbst die Temperaturmessung durch ihre Anordnung f-älschen. -

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Regelung auf konstante Temperatur zu bewirken, die von deti Nachteilen der bisher bekannten Einrichtungen befreit ist»

Eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt darin, , ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Einrichtung zum Regeln eines elektrischen Widerstandsweges auf eine einstellbare konstante Temperatur zu schaffen, bei der der elektrische Widerstandweg durch einen Heizungsweg durch einen Körper aus" heissem G-las gebildet wird bzw. ein elektriscnes Widerstandsheizeiement. ist, das in einer elektrischen Heizeinrichtung eines Ofens oder eines Kühlofens verwendet ist;

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. . Das erfindungsgemässe Verfahren zum Regein eines elektrischen Widerstandsweges auf eine einstellbare konstante Temperatur "besteht darin, dass die Spannung am und der Strom ! im Widerstandsweg genPssen werden, dass ein den reziproken " [ Wert des Stromes darstellendes Signal gebildet: und durch multiplizieren dieses Signals mit einem die Spannung anzei-¹.genden Signal ein dem Widerstand des Widerstandsweges propor-

tionales Signal gebildet wird, dieses mit einem Bezugesignal !. verglichen wird, das den Widerstand bei der gewünschten Temperatur darstellt, um ein Fehlersignal für die Abweichung vom Sollwert des Widerstandes- zu bilden, das zur Steuerung des Stromes in dem Sinne verwendet wird, dass die eingestellte ; Temperatur konstant gehalten wird.
j Wie bereits erwähnt, ist das erfindungsgeiaässe

Verfahren besonders zum Einsatz in der Glasindustrie geeignet ■ und insbesondere zur Eegelung der Temperatur und damit der Viskosität von geschmolzenem Glas einsetzbar, das einer Glasverarbeitungsanlage zugeleitet wird,, in der es darauf ankommt, dass eine bestimmte Viskosität des Glases eingehalten wird beispielsweise um Glasröhre,η an den Enden zuzuschmelzen.

.... . In weiterer Ausgestaltung des erfindüngsgemässen Verfahrens zum Konstanthalten einer gewünschten Viskosität eines. Körpers'aus heissen .Q-las ist daher vorgesehen^ dass zürn , Erhitzen des Gla.se.s ein elektrischer Strom durch das Glas geleitet wird und ein" Fehlersignal gebildet wird, das eine

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weiehung des Widerstandes dee G-lases Im Stromw3g von einem der gewünschten Viskosität satspreehendea Sollwert anzeigt» das den durch' das Glas geleiteten Strom im Sinne einer Konstanthaltung der Yiskosität des Glases steuert»

Ia allen lallen ist es Yorteilha£t_P Ttfesaa das Messen der Spannung und des Stromes dss ©!©ktriaohsa weges, das Multiplizieren des den reziproken Wogt äos anzeigenden Signals mit dein die Spannung aasoig^aiea Signal und das Törgleloben des dem Widerstand proportionalen Sigeals mit dem Beisügssignal kontinuierlich erfolgt₀

Dier Bpfindußg bezieht sich f©rn@r sei eiaea ©lektrisehea.Steuerkreie zum Regeln ©ines ©!©lEta-ieelaea etaadsweges auf sine einstellbare konstant© 2emp©2?atar «θlehnet sieh dadurch aus, dass ein Spanauagsabfühlar au dem Wiöerstandswegangeschlossen ist ßaä eiae Aaseige £üV dessen Spannung liefert₉ und ein Stromabfühler la E@ih@ zu äsfflί Widerstaadsweg und einem den Strom la cjl©g©m r@g@lad©a Stroscaregler liegt, dass den Abfühlera Aaalogkreise gsug@orSn@t siads diei äaö Produkt aus der Spannung mit dem reziproken Wert <3©b Stromes bilden, dass ein Tergleichskrels mit dem eines der Aaalogkreiae und mit einem Bezugssignalgeber dea ist uad mit ,seinem, ®in Fehlersignal lieg®?&äe& mit 4ea ätffomregler Terfeunden ist_ff der dea Strom zum. \iiae-reiitsprechend dem Fehlereignal steuert«, Ss wurde t dass für die Bildung der Analogkreise, die den

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OBIGWAL INSPECTED

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Abfühlern zugeordnet sind, zweckmässig im fepten Zustand befindliche Einrichtungen mit Hall-Effekt sind, die handelsüblich und daher leicht zu beschaffen sind und zuverlässig arbeiten. Bei einer, bevorzugten Ausführungsform ist daher vorgesehen, dass der .Stromabfühler eine im festen Zustand befindliche Einrichtung mit Hall-Effekt ist, deren Einlass in Reihe zum Widerstandsweg liegt und die in der Riickkopplungsschleife eines Differentialverstärkers hohen Verstärkungsgrades liegt und mit einer Quelle für ein Bezugssignal einen Inverter

j bildet, dessen Auslass der reziproke Wert des abgefühlten

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Stromes ist, und dass der Spannungsabfübler eine zweite im festen Zustand befindliche Einrichtung-mit Hall-Effekt ist, die als Ahalog-Multiplizierer geschaltet ist und einen parallel zum Widerstandsweg liegenden Spannungseinlass, einen vom Differentialverteiler kommenden Stromeinlass und einen mit dem Vergleichskreis verbundenen Auslass für das den Widerstand des Widerstandsweges anzeigenden Signal aufweist. --.-■"-■

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung, die ein Schaltbild eines Steuerkreises nach der Erfindung darstellt, näher erläutert.- ·

Der im Schaltbild dargestellte. Widerstand 1 stellt einen elektrischen Wiäerstandweg dar, dessen (temperatur auf einen bestimmten Wert gehalten werden soll. Der Widerstand 1 kann ein elektrisches Widerstatidsheizeiement in einem Ofen, beispielsweise einem Glasschmelzofen, eiriem Kühlofer oder einem

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anderen Gerät der Glasbearbeitung sein* Der Widerstaoiäsweg kann sich zwischen zwei in einen Körper aus geschmolzenem'Glas eingetauchte Elektroden erstrecken, um einen elektrischen Heizstrom durch den Glaskörper zu leiten, um beispielsweise die Temperatur und damit die Viskosität des geschmolzenen Glases aufrecht zu erhalten, das durch einen Kanal von dem Vorherd eines Glasschmelzofens zu einer Glasbearbeitungsanlageflless/fr. Der elektrische Widerstandsweg kann auch innerhalb eines Glasteiles liegen, der formgebend bearbeitet wird, beispielsweise um eine Abdichtung an einem Ende dieses Glasteils, wobei auf beiden Seiten der Dichtung elektrische Anschlüsse vorgesehen sind, die durch über das heisse Glas spielende flammenelektrο-den gebildet werden» ^

Der Strom durch den Widerstandsweg 1 wird über Anschlussklemmen 2 und 3 von einer elektrischen Quelle zugeleitet. In der Zuleitung ist ein Strom:regler 4 vorgesehen, der I als gesteuertes Halbleiter-Gleichrichternetzwerk ausgebildet ; ist und in Reihe zu dem Widerstandsweg 1 geschaltet ist* In

ι dieser R_eihe liegt auch eine Einlasswicklung 5 einer im festen

j Zustand befindlichen Einrichtung 6 mit Hall-Effekt.

) Die Änderung der Stromzufuhr zum Widerstandsweg ί

j wird durch Steuerung des Augenblicks Jeder Halbweile der Spei-

j sung von den Anschlussklemmen 2 und 3 bei Durchlass am ge-

! steuerten Gleichrichternetzwerk 4 geregelt. Der Durchlass des ! Gleichrichters wird durch einen Impulsgeber 7 geeigneter Art

j gesteuert, der einen Impuls mit steiler Vorderkante und genügen-!

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Der dsm Widerstandsweg 1 zugeleitete Strom wird kontinuierlich durch di@ erste Einrichtung 6 mit Hall-Effekt abgefühlt, dessen Üinlasswicklung 5 wie erwähnt in leihe mit dem Wideratandsweg 1 liegt,

Di« Einrichtung β mit Hall-Effekt ist als Analoginverter mit Qin@m Differentialverstärksr 8 vereinigt. Die Einrichtung 6 mit Hall-Effekt liegt in der Hüekkopplungssehleife des Differenzialverstärker^ der mit einer Yergleichsspannung toe einer Quelle 9 gespeist wird,, Tßsx Auslass des Differential-Verstärkers 8 in den Leitern. 10 1st ei α Signal, das dem reziproken Wert des durch die Einlasswicklung 5 fliessealden Stromes der Einrichtung 6 mit üall-£ff@kt entspricht. Dieses dem reziproken Wert d©s Stromes durch den Wiäsrstandsweg 1 entsprechende Signal wird einer zweiten Im festen Zustand befindlichen Einrichtung 12 mit Hall-Sffekt über deren Eiaiasswicklung 11 zugeleitet. M« aweite. Einrichtung 12 mit Hall-Effekt arbeitet als Analog-Multiplizlerer, der kontinuierlich das in der Einlasswioklung 11 giageleitets Signal mit einem der Spannung am Wictörstaaflswsg 1 proportionalen Signal multipliziert. Die Bweit© Einrichtung 12 mit Hall-Effekt ist parallel zum Wie"erstandsweg 1 geschaltet und liefert einen Auslass über Leiter 12* der. ein. d©&^Widerstand des Widerstatidsweges 1 anzeigendes Signal; ist.v„.Di© »weite Einrichtung 12 mit Hall-Effekt

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ORIGINAL INSPECTEE

dient also sowohl dem Abfühlen der Spannung am Widerstandweg als auch der dauernden Anzeige dieser Spannung und der er- " wähnten Multiplizierung des entsprechenden Signals.

Der Auslass der zweiten Einrichtung 12 mit Hall-Effekt gelangt über die Leiter 13 in einen Vergleichskreis 14, in dem das den Widerstand des Widerstandsweges 1 proportionale Signal kontinuierlich mit einem BeHUgssignal verglichen wird, das dem Vergleichskreis 14 von einem BezugsSignalgeber 15 zugeleitet wird. Das Bezugssignal entspricht dem"Widerstand des Widerstandsweges 1 bei der gewünschten Temperatur. Diese ist aus früheren Eichungen bekannt, so dass der Be ζ ttjfs Signalgeber 15 auf eine gewünschte Temperatur, die in dem Widerstandsweg; aufrechterhalten werden soll, eingestellt werden kann. Dei? Auslass des Vergleichskreises 14 ist ein dauerndes Fehlersignal, das über einen Leiter 16 gegenüber dem Bezuglsignal positiv oder negativ anzeigt, dass die Temperatur im Widerstandsweg 1 höher oder niedriger als die Solltemperatur ist, und dass eine Korrektur dieser Temperatur durch Steuerung: der^Stromzufuhr nötig ist. . ;<:■;·-

Das Fehlersignal wird über den Leiter 16 einem Verstärker 17 zugeleitet und das so verstärkte· Signal zur Steuerung des Impulsgebers 7 verwendet, der. seinerseits das Grleichrichternetzwerk des Stromreglers 4, steuert, um einen Strom durch den liiderstandsweg 1 einzustellen, der das Erreichen der Soll-Temperatur ermöglicht. Der impulsgeber 7 kann durch das F^hlersignal beispielsweise durch Änderung der Phase oder :·-"

der Frequenz des Signals gesteuert werden, so dass das gesteuerte Halbleiter-Gleichrichternetz des Stromreglers über
längere oder kürzere Zeit leitend wird, je nach Grosse und ; Vorzeichen des Fehlersignals.

Wie "bereits erwähnt, kann der elektrische Steuerkreis nach der Erfindung für die Regelung eines Körpers aus ; heissem Glas auf eine gewünschte Viskosität verwendet "werden,
^! wobei ein Erweichen oder ein Schmelzen des Glases in Betraht
: kommt, das in beiden Fällen den Widerstandsweg darstellt.
: Diese Regelung kann bei der Glasbildung wie bei der Glasbearbeitung· eingesetzt werden und ferner bei allen Glasbearbeitungsvorgängen, bei denen geschmolzenes Glas bearbeitet wird. ' ; " Fernerhin ist die Erfindung in der Herstellung j : von Glasröhren einsetzbar, um die Temperatur der Röhren für
; das Biegen oder Ziehen zu regeln. Ferner kann die Temperatur
: eines Widerstandselements, das um das Rohr gewickelt ist,

sehr genau gesteuert werden, wenn eine feinfühlige Regelung ': : der Temperatur einer durch das Rohr fliessenden Flüssigkeit - , ·: erforderlich ist,_: wie dies beispielsweise in der pharmazeuti- ^: I sehen Industrie häufig gefordert wird. . :

j Eine weitere Verwendung kann die Erfindung bei ^l

; elektrophor_;esichen Instrumenten finden, in denen ein Elektro- I

i lyt, den elektrischen Widerstandsweg bildet,' wobei Änderungen ;

j des Widerstandes einenVerfahrensablauf steuern. ; ■ . ■

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In dem "beschriebenen Ausführungsbeispiel sind Einrichtungen mit Hall-Effekt zum Abfühlen des Stromes und zur Bildung eines den reziproken Wert des Stromes anzeigenden Signals und zum Multiplizieren dieses Sign-als mit einem die Spannung anzeigenden Signal verwendet worden, da diese den Vorteil einer sehr robusten Bauart aufw.eis.eri und wenig beweg-=· liehe Teile enthalten. ]?_erner können sie sehr kleine Änderungen der abzufühlenden Werte erfassen, so dass ein schnelles Ansprechen gewährleistet ist und eine kontinuierliche Abfuhlung . :möglich wird. Es ist Jedoch nicht notwendig, Einrichtungen mit. Hall-Effekt fur die erfindungsgemässen Zwecke zu verwenden,, da andere den gleichen Zweck erfüllende Einrichtungen verwen- , det werden kö.nnen, die einen nicht kontinuierlichen Betrieb/. ermöglichen. In gleicher Weise ist es«möglich, anstelle, eines. ! kontinuierlichen Fehlersignais mit einem unterbrochenen Fehler*- Ί signal in dem Leiter 16 zu arbeiten. . ■_ - · . . -..:·

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Claims

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P a t e η t a n ep r ü c h e :

( 1J Verfahren zum Regeln eines elektri-

-■-."■ - j schert WiderstandBweges auf eine einstellbare konstante Tempera- !

• ■ '-.'■-'.-:■ \ tür, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannung am--und-der

Strom im Widerstandsweg (1) gemessen werden, dass ein denreziproken Wert des Stromes darstellendes Signal gebildet und ; durch multiplizieren dieses Signals, mit einem die Spannung , an-.zeigenden Signal ein dem Widerstand des Widerstandswegefl

• proportionales Signal gebiiüat wird, dieses mit einem Bezugssignal verglichen wird, das den Widerstand bei der gewünschten

ι Temperatur darstellt, um ein Fehlersignal für die Abweichung vom Sollwert des Widerstandes zu bilden, das zur Steuerung des Stromes in dem Sinne verwendet wird, dass die eingestellte Temperatur konstant gehalten "wird. .

2, Verfahren nach Anspruch 1 zum Konstanthalten einer gewünschten Viskosität eines Körpers aus heissem Grlas, dadurch gekennzeichnet, dass zum Erhitzen des ülases ein elektrischer Strom durch das Glas geleitet wird und ein Fehlersignal gebildet wird, das eine Abweichung des Widerstandes des Glases im Stromweg von einem der gewünschten Viskosität entsprechenden Sollwert anzeigt, das den durch das Glas geleiteten

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Strom im Sinne eines Konstanthaltens der Viskosität des Glases steuert. ■_"■■"""..' ' '

3. Yerfahren nach Anspruch 1 oder 2^ dadureh⁴' ' gekennzeichnet, dass das Messen der Spannung und des Stromes''" des elektrischen Widerstandsweges * das Multiplizieren des ' den reziproken ¥ert des Stromes anzeigenden Signals Mit dem die Spannung anzeigenden Signal und das Tergleiclien des dem" Widerstand proportionalen Signals mit dem Bezugssignal kön-*' tinuierlich erfolgt. ": ; "'

. 4. Elektrischer Stromkreis zürn Regeln eines . ' elektrischen Widerstandsweges auf eine einstellMre konstante Temperatur, dadurch gekennzeichnet, dass ein SpannungSaTDfuhier (12) parallel zu dem ¥iderstandsweg (1) angeschlö'sWe^rn ist*un<a ' eine ^Anzeige fur dessen Spannung liefert, und ein iStrömäibfuKlef (i?,6) in R_eihe zu dem WiderBtandsv/eg und einem den· S^rOm^1:in-^:;^:-^;:; diesem rege jlnden Stromregler (4) liegt, dass den Äbfühlern *' " Analogkreise (8,9,10,11,12) Zugeordnet sind, die* das Produkt aus der Spannung mit dem reziproken ¥ert des StroineB MlQetii* dass ein Yergleichskreis (14) mit dem^: Auslass '{'l'J) «ines' üie'r '" Analogkreise (12): und mit einem Bezugssginalgeter (15) verlDunden ist und mit; Beinern ein Fehlersignal· i-ief erndeir Au'tilaffs- (ΐ&)'^:' mit dem atr.umr.egl.er (4)< .vertranäen IBt₁ üei-'a eia Strom zhm ^itrer^-" standsweg entspjcechend dem Fehlersigttal ·steuert.'^: " '.'"--'-'

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5o Elektrischer Steuerkreis nach Anspruch 4> dadurch gekennzeichnet, dass der Stromabfühler (5,6) eine im festen Zustand befindliche Einrichtung mit Hall-Effekt ist, deren Einlass (5) in Reihe zu dem Widerstandsweg (1) liegt, und die in der Rückkopplungsschleife eines Differentialverstärkers (8) hohen Yer3tärkungsgrades liegt und mit einer Quelle (9.1 für ein Bezugssignal einen Inverter bildet, dessen Auslass der reziproke Wert des abgefühlten Stromes is-if, und dass der Spännungsfühler eine· zweite im festen Zustand befindliehe Einrichtung (12) mit Hall-Effekt ist, die als Analogj Multiplizierer geschaltet ist und einen parallel zum Wider-Ίstandsweg liegenden Spannungseinlass, einen vom Differentialverstärker (8) kommenden Stromeinlass und einen mit dem Verjgleichskreis (14) verbundenen Auslass (13) für das den Wider- !stand des Widerstandsweges (1) anzeigende Signal aufweist.

5. Elektrischer Steuerkreis nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromregler (.4) meinen gelsteuerten Halbleiter-Gleichrichter enthält. V ! 7. Elektrischer Steuerkreis nach Anspruch 6,

dadurch gekennzeichnet, dass der gesteuerte Halbleitergleichrichter durch den Auslass eines Impulsgebers (7)gesteuert ist.

8. Elektrischer Steuerkreis nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine dauernde

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Anzeige der Spannung und des Stromes in dem Widerstandsweg vorgesehen ist. . ^/

9. Elektriseher Steaerkreis nach Anspruch 8,

dadurch gekennzeichnet, dass der Tergleichskreis (14) lcontinuierlich einen das Eehlersignal anzeigenden Auslass liefert.

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