DE641526C - Praezisionsregler, insbesondere zur Regelung der Temperatur von elektrisch beheizten metallurgischen OEfen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Präzisionsregler, insbesondere zur Regelung der Temperatur von elektrisch beheizten metallurgischen Öfen, bei dem die zu regelnde Größe, beispielsweise eine elektrische Spannung, Volumänderungen eines Gasraums, z. B. mittels eines Heizwiderstandes, bewirkt, welche eine Quecksilbersäule bewegen und hierdurch elektrische Kontakte betätigen, und bei dem zur Kompensation des Einflusses der Umgebungstemperatur ein einen Gegendruck auf den Regelgasraum ausübender Hilfsgasraum vorgesehen ist.

Die Anforderungen, die an einen Apparat etwa zur Regelung der Heizspannung eines elektrischen Ofens gestellt werden, sind wesentlich anders als z. B. die für die Spannungsregelung eines Kraftwerks maßgebenden. Bei einem Kraftwerk kommt es darauf an, bei Spannungsschwankungen die Sollspannung innerhalb weniger Sekunden mit einer Genauigkeit von etwa 2 °/o wiederherzustellen (Schnellregler); bei einem elektrischen Ofen ist wegen der thermischen Trägheit eine viel längere Regulierzeit erlaubt, dagegen ist eine Regelgenauigkeit von mindestens + V₂ °/o> bei besonderen Glühöfen sogar von + 0,2 °/₀ erforderlich. Die für Kraftwerke üblichen Schnellregler eignen sich deshalb nicht für diesen Zweck, ganz abgesehen davon, daß ihre Anschaffungskosten im Vergleich zu denen eines kleineren elektrischen Ofens unverhältnismäßig hoch sind.

Es sind bereits eine Reihe einfacher Anordnungen bekannt, die sich zur Regelung solcher langsam veränderlicher Vorgänge eignen, die aber nur unter ganz bestimmten Voraussetzungen genügend genau sind. Diesen Anordnungen ist gemeinsam, daß die Regelgröße, z. B. eine elektrische Spannung, wenn sie sich ändert, Volumänderungen (z. B. mittels eines Heizwiderstands) eines Gasraums bewirkt und mittels dieser Volumänderungen eine Quecksilbersäule bewegt, die elektrische Kontakte betätigt, wodurch ein Vorgang ausgelöst wird, der die Regelgröße im umgekehrten Sinne beeinflußt. Die Quecksilbersäule ist dabei in einer U-förmig gebogenen Röhre untergebracht, deren einer Schenkel an den Regelgasraum angeschlossen ist. In bezug auf das andere Ende der Quecksilbersäule, das zur Herstellung des Gleichgewichts irgendeinem Gegendruck ausgesetzt sein muß, lassen sich mehrere Systeme unterscheiden.

Es gibt Anordnungen, bei denen das nicht an den Regelgasraum angeschlossene Ende des U'Rohrs offen ist, bei denen also als Gegendruck einfach der natürliche Luftdruck verwendet ist. Diese Systeme haben den Nachteil, daß sowohl die Schwankungen des Luftdrucks als auch die der Umgebungstemperatur sich, voll auf die Regelgröße auswirken. Diese Anordnungen sind daher, wenn nicht besondere Bedingungen (konstanter Druck, konstante Außentemperatur) erfüllt sind, zur genauen Regelung nicht ge-

eignet. Verbesserte Anordnungen lassen das nicht an den Regelgasraum angeschlossene Ende des IJ-Rohrs in einen ebenfalls geschlossenen Hilfsgasraum münden, um den-Schwankungen des Luftdrucks und der Außen-: temperatur zu entgehen. Schließlich sind noch Stromrelais bekannt — das heißt A Ordnungen, die bei Erreichen eines Grenz-* Stroms einen fremden Stromkreis schließen, ίο der aber nicht auf die Regelgröße zurückwirkt —, bei denen das U-Rohr ebenfalls in einen geschlossenen Hilfsgasraum mündet, um von der Außentemperatur unabhängig zu werden. Für den Fall, daß das Relais auf die Differenz zweier Ströme ansprechen soll, wird das eine Gefäß von dem einen Strom, das andere von dem anderen Strom, je mittels eines Heizwiderstands, erwärmt.

In Wirklichkeit beruht aber die Annahme, von der diese Regler ausgehen, nämlich durch Anordnung eines geschlossenen Hilfsgasraums, die Regelgröße unabhängig von den Schwankungen der Umgebungstemperatur machen zu können, auf einem Irrtum, wie an Hand der den Erfindungsgegenstand darstellenden Abb. ι kurz gezeigt werden soll. Es bezeichne in Abb. ι α das als Regelorgan- benutzte gasgefüllte Gefäß, das von der zu regelnden Spannung mittels des Heiz-Widerstands b geheizt wird. An das Geäß a ist das U~f°rmig gebogene Rohr c angeschlossen, in dessen unteren Teil Quecksilber d eingefüllt ist. Das andere Ende mündet in das Gefäß e, das ebenfalls mit Gas gefüllt ist. /, g und h sind elektrische Kontakte, von denen zwei bei einer Vergrößerung oder Verringerung der Sollspannung entsprechend geschlossen werden, wodurch in bekannter Weise ein Steuerorgan betätigt wird, das die zu regelnde Spannung so lange beeinflußt, bis der Kontakt wieder geöffnet ist. Wenn bei einem solchen Regler, der dem bisherigen Stand der Technik entspricht, die Spannung richtig und der Regler daher im Gleichgewicht ist, reagiert er auf eine Änderung der Umgebungstemperatur folgendermaßen: Sinkt z. B. die Außentemperatur um einen bestimmten Betrag, so sinkt auch die Temperatur im geheizten Gefäß α und im nicht geheizten Gefäß e um denselben Betrag. Der Druck sinkt aber nicht um denselben Betrag in beiden Gefäßen, da er der (absoluten) Temperatur proportional und diese in den beiden Gefäßen verschieden ist. Da die (absolute) Temperatur im kalten Gefäß prozentual stärker gesunken ist als im geheizten, ist der Druck jetzt in jenem geringer als in diesem. Obwohl also die zu regulierende Spannung richtig ist, ist das Gleichgewicht gestört, und der Regler benimmt sich so, als ■ob die Regelspannung zu groß wäre, und reguliert daher eine kleinere Spannung ein als die Sollspannung.

Der Regler funktioniert also nur dann genau, wenn er sich in einem Raum von koöstanter Temperatur befindet. Steht ein :-Sf|ipier nicht zur Verfügung, so sind erfin-,■•$yrigsgemäß Mittel vorgesehen, um den Ein^vfluß der Außentemperatur auf den Regler durch Erwärmung des Hilfsgasraums zu kompensieren. Gegenstand der Erfindung ist daher, daß. der Hilfsgasraum durch eine konstante Hilfsspannung mit Hilfe eines Heizwiderstands auf eine solche Temperatur erwärmt wird, daß der Einfluß der Umgebungstemperatur beseitigt ist. Ein Beispiel für die erfindungsgemäße Anordnung ist in den Abbildungen dargestellt. Ebenso wie der zur Regelung dienende Gasraum α ist auch der Gasraum e mit einem Heizwiderstand versehen, der aber an eine konstante Hilfsspannung (Akkumulator) angeschlossen ist. Erwärmt man das Gas im Gefäß e auf dieselbe Temperatur wie das im Gefäß a, so arbeitet der Regler unabhängig von der Außentemperatur. Bei einer Änderung der Außentemperatur ändern sich nämlich Temperatur und Druck im Gefäß α und im Gefäß e um den gleichen Betrag, so daß das Gleichgewicht im Regler dadurch nicht gestört wird. Man kann aber auch absichtlich im Gefäß e eine andere Temperatur einregulieren als im Gefäß a, um eine bestimmte gewünschte Abhängigkeit der einzuregulierenden Größe von der Umgebungstemperatur zu erhalten.

Es ist besonders zweckmäßig, den Hilfsgasraum e durch eine konstante elektrische Hilfsspannung zu beheizen. Selbstverständlich könnte man zur Beheizung des Hilfsgas- raums auch jede beliebige andere Beheizungsart verwenden, sofern sie nur eine hinreichend konstante Temperatur ergibt.

Der Sollwert der einzuregulierenden Spannung kann mittels eines veränderlichen Vor- oder Nebenwiderstandes in weiten Grenzen verändert werden, wobei dieser veränderliche Widerstand dem Heizwiderstand im Gefäß α oder dem im Gefäß e angeschaltet sein kann.

Um die thermische Trägheit des Reglers nc so klein wie möglich zu machen, was natürlich im Interesse einer vielseitigen Verwendbarkeit immer ^erwünscht ist, kann man erstens in bekannter Weise das Gefäß α mit einem die Wärme gut leitenden Gas (Wasserstoff) füllen; zweitens kann man das Gefäß schwärzen. Durch letztere Maßnahme wird die Abstrahlung erhöht und der Endwert der Temperatur bei einer Änderung rascher erreicht.

Die Reguliergeschwindigkeit kann der röße der Spannungsschwankung angepaßt

werden, indem in bekannter Weise oberhalb der Kontakte / und g mehrere weitere Kontakte angebracht sind, wobei z. B. jedem höheren Kontakt eine höhere Reguliergeschwindigkeit zugeordnet ist. ,

Um das Quecksilber in die U-förmige Röhre leicht einfüllen und die Ansprechempfindlichkeit des Reglers einstellen zu können, wird das U-Rohr, wie Abb. 2 zeigt,

to mit einem Ansatzrohr versehen, in dem sich ein beweglicher Kolben i (z. B. Schraube) befindet, mit dessen Hilfe die Höhe des Quecksilberspiegels von außen beeinflußt und damit die Empfindlichkeit reguliert werden kann.

Statt eines beweglichen Kolbens kann das Ansatzrohr auch eine elastische Wand, z. B. aus Gummi, erhalten. Durch Einstellung des Drucks auf diese elastische Wand, am besten ebenfalls mittels einer Schraube, kann das Quecksilber im U-Rohr auf jede gewünschte Höhe gebracht werden, ohne daß eine Dichtung erforderlich ist.

Die Anwendung des Erfindungsgedankens ist keinesfalls beschränkt auf die an einem

25- Beispiel erläuterte Regulierung einer elektrischen Spannung. Man kann ebensogut einen bestimmten elektrischen Strom oder eine bestimmte Temperatur einregulieren oder irgendeine andere physikalische Größe, der sich eine elektrische Spannung oder ein elektrischer Strom oder eine Temperatur eindeutig zuordnen läßt. Z. B'. kann mit Hilfe einer Tachometer dynamo, die bekanntlich eine der Winkelgeschwindigkeit proportionale elektrische Spannung liefert, die Drehzahl einer Maschine reguliert werden.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Präzisionsregler, insbesondere zur Regelung der Temperatur von elektrisch beheizten metallurgischen öfen, bei dem die zu regelnde Größe, beispielsweise eine elektrische Spannung, Volumänderungen eines Gasraums bewirkt, welche eine Quecksilbersäule bewegen und hierdurch

'" elektrische Kontakte betätigen, und bei dem ein einen Gegendruck auf den Regelgasraum ausübender Hilfsgasraum vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsgasraum durch eine konstante Hilfsspannung mit Hilfe eines Heizwiderstands auf eine solche Temperatur erwärmt ist, daß der Einfluß der Umgebungstemperatur beseitigt ist.

2. Regler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gasgefüllten Gefäße geschwärzt sind.

3. Regler nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Gefäße durch ein U-förmiges Rohr miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem U'förmigen Rohr ein Ansatzrohr mit verschiebbarem Kolben oder elastischen Wänden verbunden ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen