DE704464C

DE704464C - Temperature regulator with elastic return

Info

Publication number: DE704464C
Application number: DEH154920D
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Weber
Original assignee: Hartmann and Braun AG
Current assignee: ABB Training Center GmbH and Co KG
Priority date: 1938-02-25
Filing date: 1938-02-25
Publication date: 1941-03-31
Also published as: DE709359C; FR850344A

Description

Temperaturregler mit elastischer Rückführung Die Erfindung betrifft einen Temperaturregler mit elastischer Rückführung auf thermischer Grundlage, bei dem die Rückführungsgröße durch zwei in Abhängigkeit von der Abweichung des Istwertes vom Sollwert beheizte Bimetallstreifen hervorgebracht wird. Die Erfindung gibt ,einen Weg an, wie die von den Bimetal1streifen ausgelöste mechanische Rückführungsgröße in ,eine elektrische Größe umgewandelt und dem Regelorgan zugeführt werden kann. Die Erfindung besteht darin., daß die mechanisch miteinander gekoppelten Enden der Bimetallstreifen die Belichtung einer oder mehrerer lichtempfindlicher Zellen steuern, deren Strom dem Strom des Temperaturfühlorgans überlagert wird. Dabei kann die Anordnung so .getroffen sein, daß die Bimetallstreifen entweder die lichtempfindlichen Zellen im Strahlengang einer Lichtduelle bewegen oder daß die Zellen fest angeordnet sind und der Strahlengang der Lichtquelle durch die Bimetallstreifen gesteuert wird. Der Strom der lichtempfindlichen Zellen wird entweder über einen Verstärker, der zweckmäßig als Teil einer Wheatstoneschen Brücke ausgebildet ist, in deren Diagonalzweig das Meßwerk des Reglers sowie das Temperaturfühlorgan liegt, dem Meßkreis unmittelbar oder bei Verwendung von Sperrschichtzelleneiner zweiten auf dem gleichen Rahmen gewickelten Meßwerkspule zugeführt.Elastic Return Temperature Controllers The invention relates to a temperature controller with elastic feedback on a thermal basis which the feedback variable by two depending on the deviation of the actual value bimetal strip heated by the setpoint is produced. The invention gives one Way, like the mechanical feedback variable triggered by the bimetal strips can be converted into an electrical quantity and fed to the control element. The invention consists in. That the mechanically coupled ends of the Bimetal strips control the exposure of one or more light-sensitive cells, whose current is superimposed on the current of the temperature sensing element. The arrangement can in such a way that the bimetallic strips are either the light-sensitive cells move in the beam path of a light duel or that the cells are firmly arranged and the beam path of the light source is controlled by the bimetal strips. The current from the light-sensitive cells is either via an amplifier, the is expediently designed as part of a Wheatstone bridge, in the diagonal branch the measuring mechanism of the controller as well as the temperature sensing element is directly connected to the measuring circuit or if using junction cells, a second on the same frame wound measuring mechanism coil fed.

Es ist eine Einrichtung bekannt, bei der ebenfalls eine lichtelektrische Zelle in Abhängigkeit von der Veränderung eines Lichtstrahles bewegt wird. Diese Einrichtung dient jedoch lediglich zur verstärkten Wiedergabe eines Meßwertes zum Zwecke der Feinübertragung oder Registrierung; die Zelle erzeugt nicht, wie bei der Erfindung, einen zusätzlichen Strom, der auf eine Hauptregelgröße rückführend wirkt. Rückführungseinrichtungen für7'emperaturregler, bei denen dieRückführungsgröße durch zwei Bimetallstreifen hervorgebracht wird, die in Abhängigkeit der Abweichung des Istwertes vom Sollwert beheizt werden können, sind bekannt, doch wurde bei diesen Einrichtungen bisher die Rückführwirkung mechanisch hervorgebracht, z. B. durch Verschiebung der Steuerkontakte an einem Fallbügelregler. Es ist ferner eine Rückführungseinrichtung für Regelzwecke bekannt, bei der zwei Gaskammern beheizt werden können, wodurch die Spiegelhöhen zweier miteinander kommunizierender Quecksilbersäulen beeinflußt und dadurch unmittelbar ein als Spannungsteiler geschalteter Widerstand geändert wird, der als Draht in das Quecksilber eingebettet ist. Dieser Einrichtung gegenüber weist der Erfindungsgegenstand keinerlei veränderliche Widerstandsabgriffe auf, die zeitlichen Veränderungen unterworfen sein können, wie die Kontakte zwischen Quecksilber und Metalldraht; ferner ist die Benutzung einer leitenden Flüssigkeit vermieden, die sich verändern könnte und in der Einstellung ihres Spiegels der Schwerkraft unterworfen ist; außerdem hat der Erfindungsgegenstand mehrere Möglichkeiten, die Regelcharakteristik zu beeinflussen, die bei der bekannten Einrichtung nicht vorbanden sind.A device is known in which a photoelectric Cell is moved depending on the change in a light beam. These However, the device is only used for the amplified reproduction of a measured value Fine transmission or registration purposes; the cell does not generate, as with of the invention, an additional stream based on a main controlled variable returning works. Feedback devices for temperature controllers in which the feedback variable is produced by two bimetal strips that depend on the deviation of the actual value can be heated from the setpoint, are known, but was with these Facilities so far brought about the feedback effect mechanically, z. B. by Shifting the control contacts on a drop bracket regulator. It is also a feedback device known for control purposes in which two gas chambers can be heated, whereby influences the mirror heights of two communicating mercury columns and thereby directly changed a resistor connected as a voltage divider which is embedded as a wire in the mercury. Opposite this facility if the subject of the invention does not have any variable resistance taps, which can be subject to changes over time, as can the contacts between Mercury and metal wire; furthermore is the use of a conductive liquid avoided that could change and adjust their mirror to gravity is subject to; In addition, the subject of the invention has several options that To influence control characteristics, which did not exist in the known device are.

Die Wirkungsweise der Erfindung sei an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es ist hier ein Ausführungsbeispiel mit zwei lichtempfindlichen Zellen dargestellt; die Erfindung läßt sich jedoch mit gleichem Erfolg bei geeigneter Schaltung und Beaufschlagung auch mit nur einer lichtempfindlichen Zelle ausführen.The mode of operation of the invention will be explained in more detail with reference to the drawing. An exemplary embodiment with two light-sensitive cells is shown here; However, the invention can be used with the same success with a suitable circuit and Apply exposure to only one light-sensitive cell.

Abb. i gibt schematisch den mechanischen Teil des Temperaturreglers, Abb.2 eine Aufsicht auf die an den Bimetallstreifen angebrachten lichtempfindlichen Zellen wieder. In Abb.3 und 1. ist der elektrische Teil des Meßstromkreises aufgezeichnet.Fig. I schematically shows the mechanical part of the temperature controller, Fig.2 a plan view of the light-sensitive attached to the bimetal strips Cells again. In Fig.3 and 1. the electrical part of the measuring circuit is shown.

Nach Abb. i wird die Stellung des Zeigers i des M:eßwerkes von dem sich periodisch auf und ab bewegenden Fallbügel 2 abgetastet. Solange keine Abweichung vom Sollwert besteht, tritt der Zeiger zwischen die Lücke, die von den abgestuften Druckstücken der beiden Kontaktwippen 3 und 1. gebildet wird. Die Kontaktwippen sind um die Achse 5 drehbar gelagert und tragen zwei Quecksilberschaltröhren 6 und 7, deren Kontakte im Ruhezustand geöffnet sind. Die ganze Vorrichtung ist um die Achse 8 verstellbar, um den Regler auf den Sollwert einstellen zu können. Erfolgt eine Abweichung vom Sollwert, z. B. bei Temperaturrückgang der geregelten Anlage, so werden die Kontakte der Schaltröhre 6 geschlossen, und es fließt ein Strom vom Netz 9 über die Schaltröhre 6 zum Steuermotor i o des Heizmittels und zurück zum Netz. Der Motor io ändert die Heizmittelzufuhr so lange, bis der Zeiger infolge der ansteigenden Temperatur wieder seine Soilwertstellung erreicht hat. Bei größerer Wärmeträgheit der Anlage wird sich aber der Anstieg der Temperatur noch weiter fortsetzen und der Zeiger in gleicher Richtung weiterwandern, bis er unter das Druckstück der Kontaktwippe 4 gerät und hier einen Regelvorgang in umgekehrter Richtung hervorruft. Dieses Spiel des Istwertes um den Sollwert kann sich unter Umständen mehrere Male wiederholen.According to Fig. I, the position of the pointer i of the measuring mechanism is of the periodically up and down moving drop bracket 2 is scanned. As long as there is no deviation from the setpoint, the pointer enters between the gap created by the graduated Pressure pieces of the two contact rockers 3 and 1 is formed. The contact rockers are rotatably mounted about the axis 5 and carry two mercury interrupter tubes 6 and 7, whose contacts are open when idle. The whole device is around that Axis 8 adjustable in order to be able to adjust the controller to the setpoint. He follows a deviation from the target value, e.g. B. If the temperature of the controlled system drops, so the contacts of the interrupter 6 are closed, and a current flows from Network 9 via the interrupter 6 to the control motor i o of the heating means and back to Network. The motor io changes the heating medium supply until the pointer results the rising temperature has reached its soil value again. With larger Due to the thermal inertia of the system, the rise in temperature will continue and the pointer continues to move in the same direction until it is under the pressure piece of the Contact rocker 4 device and here causes a control process in the opposite direction. This play between the actual value and the setpoint can occur several times repeat.

Um dieses Pendeln der Regelkurve um den Sollwert zu vermeiden, wird durch die beiden Bimetallstreifen i i und 12 eine Hilfsregelgröße erzeugt, die der Abweichung vom Sollwert proportional ist und deren Einwirkung auf die vom Fühlorgan, z. B. ein Thermoeleinent, erzeugte Regelgröße die asymptotische Annäherung der Regelkurve an den Sollwert bewirkt.In order to avoid this oscillation of the control curve around the setpoint, is generated by the two bimetal strips i i and 12 an auxiliary controlled variable that the The deviation from the setpoint is proportional and its effect on the sensor body, z. B. a thermal element, the controlled variable generated the asymptotic approximation of the control curve causes the setpoint.

Die beiden Bimetallstreifen sind mit einer Heizwicklung 13 und 14 versehen, die beim Schließen der Schaltröhren 6 und 7 ebenfalls Strom erhalten und unter der Einwirkung der Wärme sich verbiegen. An dem beweglichen Ende sind beide Bimetallstreifen durch ein Blech 15 verbunden, an dem das Trägerblech 16 für die beiden lichtempfindlichen Zellen 17 und i g befestigt ist. Das Blech 16 ist oberhalb der Zellen keilförmig ausgeschnitten (@@bb. 2), so daß ein von einer Lichtquelle i9, die gleichzeitig als Sicherung des den Fallbügel antreibenden Motors dienen kann, ausgehendes Strahlenbündel in den Zellen einen i der Ablenkung aus ihrer Ruhelage proportionalen Strom erzeugt. Da diese Ablenkung infolge der exponentiell verlaufenden Aufheizungs- bzw. Abkühlungskurve der Bimetallstreifen ebenfalls nach einer Exponentialfunktion vor sich geht, besitzen auch die Ströme der lichtempfindlichen Zellen eine ähnliche Charakteristik, so daß die Voraussetzung einer elastischen Rückführung erfüllt ist.The two bimetal strips have a heating coil 13 and 14 provided that when closing the interrupters 6 and 7 also receive power and bend under the action of heat. At the moving end are both Bimetal strips connected by a plate 15 on which the carrier plate 16 for the two photosensitive cells 17 and i g is attached. The plate 16 is above of the cells cut out in a wedge shape (@@ bb. 2) so that one of a light source i9, which also serve as a backup for the motor driving the drop bar can, outgoing beam in the cells an i of the deflection from their rest position proportional current generated. Since this deflection is due to the exponential Heating or cooling curve of the bimetal strips also according to an exponential function goes on, the currents of the light-sensitive cells also have a similar one Characteristic, so that the requirement of an elastic return is met.

Zur Anpassung der Rückführungszeit an die verschiedenen Betriebsbedingungen wird die Heizung der Bimetallstreifen einstellbar ausgeführt. Außerdem ist es zweckmäßig, die Bimetallstreifen bei Anlagen mit großer Wärmeträgheit in Gehäuse 2o einzubauen, um den Wärmeaustausch mit der Außenluft zu verzögern; dabei können diese Gehäuse noch zusätzlich mit Heizwicklungen 21 versehen sein, deren Heizung ebenfalls einstellbar ausgeführt wird.To adapt the return time to the various operating conditions the heating of the bimetal strips is adjustable. It is also useful to install the bimetal strips in systems with high thermal inertia in the 2o housing, to retard heat exchange with the outside air; this housing can can also be provided with heating coils 21, the heating of which is also adjustable is performed.

Anstatt die zwei lichtempfindlichen Zellen auf dem Trägerblech 16 anzuordnen, könnte dieses beispielsweise auch die Lichtquelle oder einen Spiegel tragen und je nach der Auslenkung der Bimetallstreifen die eine oder die andere der beiden im Gehäuse 22 fest angeordneten Zellen belichten.Instead of the two light-sensitive cells on the carrier plate 16 to arrange, could this for example also the light source or wear a mirror and depending on the deflection of the bimetal strips one or expose the other of the two cells fixedly arranged in the housing 22.

Der Regelvorgang spielt sich folgendermaßen ab: Tritt beispielsweise in einem Ofen eine plötzliche Abkühlung ein, so wird über den Zeiger und den Fallbügel eine Energiezufuhr eingeleitet, die .ein Wiederansteigen der Temperatur zur Folge hat. Gleichzeitig mit der Energiezufuhr setzt auch die Beheizung des Bim-etallstreifens i i ein, der dadurch die lichtempfindliche Zelle 17 unter der Abschirmung 23 fortbewegt und sie je nach der Größe der Abweichung vom Sollwert mehr oder weniger in den Strahlengang der Lichtquelle 19 bringt. Nach Abb. 3 wird der dadurch erzeugte Strom einer Sperrschichtzelle 17a, dessen Stärke durch einen Regelwiderstand 24 eingestellt werden kann, einer Spule 2 5 zugeführt, die auf den Rahmen der Meßwerkspule gewickelt ist und die im gleichen Sinne wie sie wirkt, wenn der Strom von der Zelle 17- erzeugt wird, ihr dagegen entgegenarbeitet, wenn der Strom von der Zelle i 8a erzeugt wird. In den Stromkreis ist ferner ein Schalter 26 eingeschaltet, durch dessen öffnung die zusätzliche Spule für die Rückführung ausgeschaltet wird, so daß man den vom Temperaturfühlorgan erzeugten Meßwert an einem Meßgerät ablesen kann.The control process takes place as follows: If, for example, a sudden cooling occurs in an oven, an energy supply is initiated via the pointer and the drop bar, which causes the temperature to rise again. Simultaneously with the supply of energy also employs the heating of the Bim-etallstreifens ii, which thereby moves the light-sensitive cell 17 under the shield 23 and brings into the beam path of the light source 1 9 according to the size of the deviation more or from the setpoint less. According to Fig. 3, the current generated by a junction cell 17a, the strength of which can be adjusted by a variable resistor 24, is fed to a coil 2 5 which is wound on the frame of the measuring mechanism coil and which acts in the same way as it does when the current from the cell 17- is generated, but it works against it when the current is generated by the cell i 8a. In the circuit, a switch 26 is also switched on, through the opening of which the additional coil for the return is switched off, so that the measured value generated by the temperature sensing element can be read on a measuring device.

Ist jedoch für die Rückführung ein größeres Drehmoment am Meßwerk erforderlich, so werden die Rückführungsströme von Photozellen in einer Schaltung gemäß Abb. 4 erzeugt. Der Strom der Photozelle I7b wird einem Verstärker 27 zugeführt, der mit dem Verstärker 28 der Photozelle I8U .einen Teil einer Wheatstoneschen Brücke bildet. Diese Anordnung arbeitet so, daß im Ruhezustand, also im unbelichteten Zustand der Photozellen, über beide Verstärker die gleichen Anodenströme fließen. Etwaige Abweichungen in der Röhrencharakteristik werden durch den Widerstand 29 beseitigt. An den Punkten 30 und 3 i herrscht daher für den Anodenstrom das gleiche Potential, dagegen fließt der Strom des Thermoelements 32 über die Anschlußstellen 3o und 31 zum Meßwerk 33 und zurück.However, there is a greater torque on the measuring mechanism for the feedback required, the return currents from photocells in a circuit generated according to Fig. 4. The current of the photocell I7b is fed to an amplifier 27, with the amplifier 28 of the photocell I8U .a part of a Wheatstone bridge forms. This arrangement works so that in the idle state, that is, in the unexposed state of the photocells, the same anode currents flow through both amplifiers. Any Deviations in the tube characteristics are eliminated by the resistor 29. At points 30 and 3 i there is therefore the same potential for the anode current, on the other hand, the current of the thermocouple 32 flows via the connection points 3o and 31 to the measuring mechanism 33 and back.

Bei Belichtung der Photozelle 1711 wird das Gitter der Röhre 27 stärker negativ, und der Anodenstrom wird geringer, infolgedessen steigt das Potential am Punkt 3o an, und es fließt :ein Ausgleichstrom in Richtung des Thermostromes zum Punkt 3 i. Der Zeiger des Meßwerkes 33 kehrt daher schneller in seine Sollwertstellung zurück. Da dieser Ausgleichstrom ebenso wie der Strom der Sperrschichtzellen I 7a und i 8a gemäß Abb. 3 nach einer Exponentialkurve abklingt, so wirkt sich die Rückführung auf die Regelkurve so aus, daß diese sich dem Sollwert asymptotisch nähert. Entsprechend umgekehrt verläuft der Regelvorgang, wenn bei einer zu hohen Energiezufuhr der Bimetallstreifen 12 beheizt wird und dadurch die Photozelle 18'j der Belichtung ausgesetzt wird. In diesem Falle fließt der Ausgleichstrom vom Punkt 31 über das Meßwerk 33 entgegen dem Thermostrom 'zum Punkt 3o. Der Zeiger wird also beschleunigt in seine Sollwertstellung zurückgeführt und damit dem Regler eine tiefere Temperatur vorgetäuscht. .When the photocell 1711 is exposed, the grid of the tube 27 becomes more negative and the anode current is lower, as a result the potential at point 3o rises and there flows: an equalizing current in the direction of the thermal current to point 3 i. The pointer of the measuring mechanism 33 therefore returns more quickly to its setpoint position. Since this equalizing current, like the current of the junction cells I 7a and i 8a according to Fig. 3, decays according to an exponential curve, the feedback on the control curve has an effect that it asymptotically approaches the target value. Correspondingly, the control process runs in reverse if the bimetal strip 12 is heated when the energy supply is too high and the photocell 18'j is thereby exposed to the exposure. In this case, the equalizing current flows from point 31 via measuring mechanism 33 against the thermal current 'to point 3o. The pointer is therefore accelerated back to its setpoint position, thus simulating a lower temperature for the controller. .

Claims

PATENT CLAIMS E i. Thermal feedback for drop bracket temperature controllers, in which one or the other of two mechanically coupled bimetal strips, heated depending on the deviation of the actual value from the setpoint, is heated depending on the direction of this deviation and acts in the sense of feedback on the control element, characterized in that, that the Bim: metal strips control the beam path of one or more light-sensitive cells, the current of which is directly superimposed on the current of the temperature sensor as a return variable or is fed to a special coil arranged on the frame of the measuring mechanism coil.

2. Thermal feedback according to claim i, characterized in that the photosensitive Cells are moved by the bimetal strips in the beam path of a light source.

3. Thermal feedback according to claim i, characterized in that the beam path a light source is controlled by the bimetal strip, while the photosensitive Cells are fixedly arranged.