DE2447669A1

DE2447669A1 - Temperature control of resistance heating - using measurement of voltage and current instantaneous values on filament resistance

Info

Publication number: DE2447669A1
Application number: DE19742447669
Authority: DE
Inventors: Horst Drexler
Original assignee: Gesellschaft fuer Kernforschung mbH
Current assignee: Gesellschaft fuer Kernforschung mbH
Priority date: 1974-10-05
Filing date: 1974-10-05
Publication date: 1976-04-15

Abstract

The instantaneous resistance of the filament resistance is determined by dividing voltage and current values of equal time. This quotient which is related in a predetermined way to the temperature of the filament resistance is given as the actual value corresponding to the instantaneous temperature of the filament resistance in a temperature controller. One transducer measures the instaneous value of the current. An integration element instantaneous value of the current. An integration element is connected to each of them for averaging purposes. The outputs of the integration element are switched to the divider for the quotient.

Description

Verfahren und Schaltungsanordnung zur Temperaturregelung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Temperaturregelung einer Widerstandsheizung und eine Schaltungsanordnung zum Ausführen des Verfahrens.Method and circuit arrangement for temperature control The invention relates to a method for temperature control of a resistance heater and a Circuit arrangement for carrying out the method.

Derartige Regelschaltungen haben die Aufgabe für unterschiedliche Prozesse die Temperatur eines Anlageteiles auf einem vorbestimmten Wert konstant zu halten oder nach einem Programm zeitlich zu ändern.Such control circuits have the task of different Processes the temperature of a plant part constant at a predetermined value to hold or to change the time after a program.

Es sind Einrichtungen der erfindungsgemäßen Art bekannt, bei denen das Messen der Temperatur von Heizwiderständen durch besondere, notwendigerweise am Ort des Heizwiderstandes angeordnete Temperaturfühler wie Thermoelement, Widerstandsthermometer oder Strahlungspyrometer erfolgt.There are devices of the type according to the invention are known in which measuring the temperature of heating resistors by special, necessarily Temperature sensors such as thermocouples, resistance thermometers arranged at the location of the heating resistor or radiation pyrometer.

Der Nachteil dieser Einrichtungen besteht insbesondere darin, daß die Meßgrößenaufnehmer den Meßwert nur indirekt erfassen, eine besondere Meßwertverarbeitung erfordern und einen vorbestimmten Raumbedarf haben.The disadvantage of these devices is in particular that the transducers only record the measured value indirectly, a special measured value processing require and have a predetermined space requirement.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, nach dem die Temperatur eines Heizwiderstandes geregelt.The invention is based on the object of developing a method according to which the temperature of a heating resistor is regulated.

werden kann, wobei die Messung der Temperatur direkt und ohne übliche Temperaturmeßeinrichtungen erfolgt.can be, taking the measurement of temperature directly and without the usual Temperature measuring devices takes place.

Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zu entwickeln, mit der das Verfahren ausgeführt werden kann.The invention is also based on the object of a circuit arrangement with which the procedure can be carried out.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Momentanwerte des von einem Heizwiderstand aufgenommenen Stromes und die Momentanwerte der an dem Heizwiderstand anliegenden Spannung gemessen werden, daß durch Dividieren zeitgleicher Spannungs- und Stromwerte der momentane Widerstand des Heizwiderstandes bestimmt wird, und daß dieser mit der Temperatur des Heizwiderstandes in einem vorbestimmten Zusammenhang stehende Quotient als der momentanen Temperatur des Heizwiderstandes entsprechender Istwert in einen Temperaturregler gegeben wird.According to the invention, this object is achieved in that the instantaneous values of the current consumed by a heating resistor and the instantaneous values of the The voltage applied to the heating resistor can be measured that by dividing it at the same time Voltage and current values determine the instantaneous resistance of the heating resistor is, and that this with the temperature of the heating resistor in a predetermined Related quotient as the current temperature of the heating resistor corresponding actual value is fed into a temperature controller.

Das Verfahren nach der Erfindung läßt sich in einfacher Weise dadurch realisieren, daß ein erster Meßumformer zum Messen des Momentanwertes der an dem Heizwiderstand anliegenden Spannung und ein zweiter Meßumformer zum Messen des Momentanwertes des vom Heizwiderstand aufgenommenen Stromes vorgesehen ist, daß dem ersten und dem zweiten Meßumformer zur Mittelwertbildung je ein Integrationsglied nachgeschaltet ist, daß die Ausgänge der Integrationsglieder auf einen den Quotienten aus Spannung und Strom bildenden Dividierer geschaltet sind, und daß der den temperaturproportionalen Quotienten führende Ausgang des Dividierers auf den Istwerteingang des Temperaturreglers geschaltet ist.The method according to the invention can be carried out in a simple manner realize that a first transducer for measuring the instantaneous value of the Voltage applied to the heating resistor and a second transducer for measuring the instantaneous value of the current absorbed by the heating resistor is provided that the first and an integration element is connected downstream of the second measuring transducer for averaging is that the outputs of the integrators are based on the quotient of voltage and current forming divider are connected, and that the temperature proportional Output of the divider leading to the quotient to the actual value input of the temperature controller is switched.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß der Einbau eines Temperaturfühlers herkömmlicher Art vollständig entfällt, und daß Temperaturmessungen und damit Temperaturregelungen auch an Bauelementen möglich werden, die aus konstruktiven oder funktionellen Gründen unzugänglich sind.The advantages achieved with the invention are in particular: that the installation of a temperature sensor of the conventional type is completely eliminated, and that temperature measurements and thus temperature controls are also possible on components that are inaccessible for structural or functional reasons.

Ferner werden durch den Temperaturfühler bedingte Begrenzungen der möglichen Höchsttemperatur durch den Wegfall des Temperaturfühlers aufgehoben. Die Betriebssicherheit wird wesentlich erhöht.Furthermore, limitations of the possible maximum temperature canceled by the omission of the temperature sensor. the Operational safety is increased significantly.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden naher heschrieben.An embodiment of the invention is shown in the drawing and is described in more detail below.

In einem Hüllrohr eingeschlossene U02-Stäbe 1 werden durch Anlegen einer elektrischen Spannung aufgeheizt und schließlich abgeschmolzen. Die Kühlung der UO2-Stäbe erfolgt zunächst mit einem Gas, später mit einem Flüssigmetall wie z.B. Natrium.U02 rods 1 enclosed in a cladding tube are created by applying heated by an electrical voltage and finally melted off. The cooling the UO2 rods are made first with a gas, later with a liquid metal like e.g. sodium.

Das UO2 besitzt einen hohen negativen Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstandes, deshalb ist zum Einstellen eines definierten Temperaturprofils über einer vorbestimmten elektrischen Leistung eine Regelung erforderlich.The UO2 has a high negative temperature coefficient of the electrical resistance, which is why it is used to set a defined temperature profile A regulation is required above a predetermined electrical power.

Die Stromversorgung des aus den UO2-Stäben 1 bestehenden Heizwiderstandes erfolgt aus einer Drehstrombrückenschaltung 2 mit Phasenanschnittsteuerung (440 Volt, 30 Ampere), der eine Glättungsdrossel 3 nachgeschaltet ist. Dem Heizwiderstand sind unmittelbar vorgeschaltet ein Meßumformer 4 zum Messen des Momentanwertes des Stromes, ein Meßumformer 5 zum Messen des Momentanwertes der Spannung und ein Strombegrenzungswiderstand 6. Der Momentanwert des Stromes wird als Istwert in einen Folgeregler 7 eingegeben und gleichzeitig zur Mittelwertbildung einem Integrationsglied 8 bestehend aus einer RC-Kombination mit einer Zeitkonstanten von r= 10 ms zugeführt. Der Folgeregler 7 ermöglicht eine Strombegrenzung im Bereich von 0 bis 300 A, indem auf dessen Eingang 9 ein Wert für den maximalen Effektimgert des Stromes gegeben wird.The power supply of the heating resistor consisting of the UO2 bars 1 takes place from a three-phase bridge circuit 2 with phase control (440 Volts, 30 amps), which is followed by a smoothing choke 3. The heating resistor are immediately upstream of a transducer 4 for measuring the instantaneous value of the Current, a transducer 5 for measuring the instantaneous value of the voltage and a current limiting resistor 6. The instantaneous value of the current is entered into a slave controller 7 as the actual value and at the same time for averaging an integration element 8 consisting of one RC combination supplied with a time constant of r = 10 ms. The slave controller 7 enables a current limitation in the range from 0 to 300 A by clicking on its input 9 a value for the maximum effectimgert of the current is given.

Der Ausgang des Meßumformers 5 für den Momentanwert der Spannung ist auf ein weiteres Integrationsglied 10 geschaltet, dessen Zeitkonstante ebenfalls 10 ms beträgt. Die Ausgänge der Integrationsglieder sind auf einen Dividierer 11 geschaltet, der aus den Mittelwerten von Strom und Spannung den Mittelwert des Widerstandes bildet. Die Integrationsglieder verhindern die Bildung eines Quotienten Null am Ausgang des Dividierers, der bei großem Phasenanschnitt der Drehstrombrückenschaltung 2 entstehen kann und erzeugen ein für den Reglereingang geeignetes Gleichspannungssignal. Aus einem dem Dividierer 11 nachgeschalteten eumformer 12 erhält der Führungsregler 13, der als PJ-Regler ausgebildet ist, ein Istwert-Eingangssignal von 0 bis 20 mA. Dieses Signal entspricht dem mittleren Heizwiderstand für zwei unterschiedliche Längen der UO -Stäbe 1 in den Bereichen von 2 bis 200 Ohm und von 4 bis 400 Ohm. Der Dividierer 11 besteht aus einem linearen JC mit entsprechender Beschaltung.The output of the transducer 5 for the instantaneous value of the voltage is switched to a further integration element 10, whose time constant also 10 ms. The outputs of the integration elements are fed to a divider 11 switched, the mean value of the resistance from the mean values of current and voltage forms. The integration elements prevent the formation of a quotient of zero am Output of the divider, which with a large phase angle of the three-phase bridge circuit 2 and generate a DC voltage signal suitable for the controller input. The master controller receives from a converter 12 connected downstream of the divider 11 13, which is designed as a PJ controller, an actual value input signal of 0 to 20 mA. This signal corresponds to the mean heating resistance for two different ones Lengths of the UO rods 1 in the ranges from 2 to 200 ohms and from 4 to 400 ohms. The divider 11 consists of a linear JC with appropriate wiring.

Die am Heizwiderstand durch das Kühlmittel abgeführte Leistung wirkt als Störgröße im Regelkreis. Jede Xnderung des Kühlmitteldurchsatzes ändert die abgeführte Leistung. Dabei ändern sich Strom und Spannung im Sinne der Verhinderung einer Widerstands-und damit Temperaturänderung an dem Heizwiderstand.The power dissipated by the coolant at the heating resistor is effective as a disturbance in the control loop. Every change in the coolant flow changes the dissipated power. In the process, the current and voltage change in the sense of prevention a resistance and thus temperature change at the heating resistor.

Das Führungsverhalten ist durch ähnliche Vorgänge gekennzeichnet wie sie beim Einschwingen auftreten. Z.B. bei konstanter abgeführter Leistung, also gleichbleibendem Kühlmitteldurchsatz hat eine Verkleinerung des Widerstandssollwertes eine Spannungserhöhung zur Folge. Die höhere zugeführte Leistung bewirkt eine Temperaturzunahme und eine Widerstandsabnahme. Bei Erreichen des neuen Sollwertes sinkt die Spannung wieder, bis sich ein der neuen Temperatur am Heizwiderstand entsprechendes Leistungsgleichgewicht einstellt.Leadership behavior is characterized by processes similar to they occur when settling. E.g. with constant dissipated power, i.e. constant coolant throughput has a reduction in the resistance setpoint result in an increase in voltage. The higher power supplied causes an increase in temperature and a decrease in drag. When the new setpoint is reached, the voltage drops again until there is a power equilibrium corresponding to the new temperature at the heating resistor adjusts.

Claims

1. Method for temperature control of resistance heating, thereby characterized in that the instantaneous values of the recorded by a heating resistor Current and the instantaneous values of the voltage applied to the heating resistor are measured that by dividing simultaneous voltage and current values the instantaneous Resistance of the heating resistor is determined, and that this with the temperature of the heating resistance in a predetermined relationship as the quotient actual value corresponding to the current temperature of the resistance in a temperature controller is given.

2. Circuit arrangement for performing the method according to claim 1, characterized in that a first transducer (5) for measuring the instantaneous value the voltage applied to the heating resistor (1) and a second measuring transducer (4) intended for measuring the instantaneous value of the current absorbed by the heating resistor (1) is that the first and the second transducer (5, 4) for averaging each an integration element (8, 10) is connected downstream that the outputs of the integration elements (8, 10) to a divider (11) that forms the quotient of voltage and current are switched, and that the output leading to the temperature-proportional quotient of the divider (11) is switched to the actual value input of the temperature controller (13) is.

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