-
Elektrischer Regler mit Berücksichtigung- der zeitlichen Änderung
der Regelgröße Eine besonders gute Regelung ergibt sich bekanntlich, wenn der Regler
nicht nur die Differenz zwischen der zu regelnden Größe und dem Sollwert, sondern
auch die Änderungsgeschwindigkeit der Regelgröße berücksichtigt. Bei einem bekannten
Verfahren zur Temperaturregelung .werden Thermoelemente mit verschiedener Trägheit
benutzt, die bei Temperaturänderungen einen entsprechenden Impuls auf den Regler
geben. Bei diesem Verfahren treten' im wesentlichen drei Schwierigkeiten auf: i.
In dem Ofen, dessen Temperatur zu regeln ist, müssen mehrere Thermoelemente vorhanden
sein.
-
z. Um das Maß, mit dem ,de Temperaturänderungsgesdhwindigkeit in die
Regelung eingeht, verändern -zu können, ist eine Abdeckung notwendig, die den Wärmeübergang
zu dem trägen Thermoelement zu verändern gestattet. Diese Einrichtung ist naturgemäß
nicht einfach zu bedienen.
-
3, Wird jedoch der Wärmeübergang zu dem Thermoelement geändert, so
muß damit gerechnet werden, daß das träge Thermoelement im Beharrungszustand nicht
die gleiche Temperatur des schnell ansprechenden Thermoelements annimmt, so daß
zusätzliche Mittel vorgesehen werden müssen, um eine Fälschung des Regelwertes zu
verhindern.
-
Dies Nachteile werden bei einem elektrischen Regler für langsam verlaufende
Vorgänge- ,zur Berücksichtigung der zeitlichen Änderung der Regelgröße erfindungsgemäß
Aadurch beseitigt, daß von der zu regelnden Größe (Thermospannung) periodisch als
Impuls ein Betrag abgeleitet wird, der unabhängig von dem die zu regelnde Größe
hergebenden Mittel (Thermoelement) .erfaßt und gegebenenfalls verstärkt wird, und
der neben
der zu regelnden Größe auf_ das Peglei-iiiullinstruinelit
einwirkt.
-
Die Erfindung läßt sich in verschiedener Weise ausführen. Wesentlich
ist, daß das von der Regelgröße beeinfluf')te System nicht clauernd auf Temperaturänderungen
anspricht. Es ist nämlich bei den üblichen Temperaturrc,-,elungen die Änderungsgeschwindigkuit
der t' g
Temperatur so gering, daß die Impulse bei dauernder Anschaltun- für
eine Einführun in die Regelung zu klein wären. Durch die Wahl der Periode kann auf
einfache liei langsam verlaufenden Vorgängen init einer langen PerioAe ein Impuls
von dierselben Größe abgeleitet werden wie bei schneller vzerlaufenden Vorgängen
init einer Periode von kürzerer Dauer. Wesentlich ist ferner, daß es in der Regel
notwendig sein wird, den Impuls zu verstärken, und zwar aus folgenclein Grunde:
Nimmt man an, es wird alle Minute el;-eprüft, ob sich die Temperatur geändert
hat und man ermittelt beispielsweise eine Äli,lerung der Temperatur uni 1/".11,
innerhalb einer Minute, so würde, wenn man diesen Impuls unverstärkt auf den Re#gler
gibt, dein Reglr vor,-;et.« usclit die Temperatur, die i Minute päter erreicht -sein
wird. Dies wird aber in s i
r . er Regel nicht genügen, sondern dein
Rel-ler iiitil.') eine Temperatur vorgetäuscht werden, die vielleicht erst in io
-Minuten erreicht würde, so (laß eine Verstärkung notwendig ist. In der Zeichnung
sind verschiedene Ausi##ilirun-si)eisi)i-eie dar-estellt. Dabei ist dit-Erfindun-
aber nicht auf die Temperaturregeltnig g beschränkt, sondern ebensogut bei der ke,yeluli"
von anderen Vo-rgängen anzuwenden, die mit einer ähnlichen Tr",i,.,zlleit #-erlaufen.
-
Bei dein Regler nach Fig. i spricht (las Therinoelenient T auf flie
zu regelndeTeinporatur an. Geii-izil.') (lern ermittelten Meßwert 1
wird ein
l#Zontakt K gesteuert, der die Teinpeiatur beeinflußt. Ohne Berücksichti-un- _kizeitlichen
Änderun- wirkt clas rherinoeleinent T auf die Drelispule D -, die mit Hilfe
,!er Kurvenscheihe S und dein Bügel B, der von, einer Ferler F gegen
die Kurvenscheibe " gef o.,gen wird, periodisch abgetastet wird. le nach der Abweichung
der zu regelnden Tuin-L' peratur von dein Sollwert wird der Kontakt K "eiiiiiiet
oder g geschlossen. Die Berücksielitigung der zeitlichen Änderung geht in folgen-,ki-
Weise vor sich: Der Verstärker l' verstärkt die Spannung des Thernioeleinenteo
T dauernd, während im 'Korinalzustand (las Drehspulmeßwerk D, da es in-inier
in seiner an- genommenen Stellung stehenbleibt, arretiert und der Kontakt
7,
unterbrochen ist. Wird jetzt die Arretierun11-Uer Drehspule durch Anheben
des Fall-bügels D- aufgehoben und der Kontakt k ge-
s#-blossen'
so wird an den Kondensator C eine der Therrnospannun:g entsprechende Span-11 u11-
gelegt. Hat sich die Temperatur seit der letzten Einschaltung des Kondensators ge-;iiirlert,
so wird bei fallender und steigender "I`emperatur ein Ladestrom in der einen oder
;rtideren Richtung fließen, von dein mit dein einstellbaren Widerstand R ein mehr
()(fier weniger großer "heil der Drehspule D zu geführt wird. Die Drehspule D wird
also nicht nur gemäß der jeweilig herrschenden Teniper atur, sondern auch von ihrer
zeitlichen Änderung beeinflußt. Während man mit der Größe des Widerstandes R den
Einfluß der Berücksichtigung der -zeitlichen Änderung feinfühlig einstellen kann,
kann eine Grobeinstellung durch Veränderung cler Drehzahl (ler Kurvenscheil>e S
und damit der Periorlenclauei- erfolgen.
-
In Fig.- ist der Aufbau des eigentlicher Reglers derselbe wie in Fig.
i, die Beriicksicliti-ung der zeitlichen Änderung erfolgt hingegen in anderer Weise.
Wird die Drelispule D freigegeben und hat sich die '1'enil>eratur inzwischen geändert.
so bewegt sich die
Spule in der einen oder anderen Riclituli" und hierbei
wird in ihr eine Spannung in--hiziert, die durch (leg Chertrager i' über den @"erstä
rl;er 1" auf (-las Reglers_estein zuriickwirl;t. L"nter Umständen, d.li. bei sehr
Lanrsain°i, Temperaturänderungen kann sich ergeben, claß an der Sekundärseite des
t'beitragers kein meßbarer Impuls auftritt. Man kann aller die Länge einer Periode
so wählen, ciall in lein in Betracht kommenden Bereich die Drehspule eine gießbare
Spannung abgibt.
-
Fig.3 zeigt eine Anordnung, frei der die* Drehspule D, des Reglerinstrunrentes
in einer. Zweig eileer abgeglichenen Brücke geschaltet ist, deren andere Zweige
aus den W'iderstänrlen R1, R_, R;3 bestehen, in deren Diagonale ein eilrlifindliches
Spiegelgalvanometer finit clcr Drelispulc D. und Spiegel Sp liegt. 1#:r_ fahrt die
Drehspule des Regierineßinstruuientes infolge cler Änderung der- Therrnospani;ung
einen Ausschlag, so entsteht in der Brückendiagonale eine Spannung, gemäß der rlie
Drehspule D., zum Ausschlag kommt.
-
Eine Lichtquelle[- heeinflußt über den Spiegel Sp die beiden Photozellen
P1, P=. die an einer Hilfsspannung U liegen. Verschiedenheiten der Photozellen können
mit dein l'otentiometer R; ausgeglichen werden. Die Differenzspannung der beiden
Photozellen wird zu der Spannung des Therinoeleinents addiert und ergibt die gewünschte
Wirkung. Während in Fig. i und 2 ein aussclilar-"eberides Drehspulinstrunient vorgesehen
worden ist, ist in Fig:3 ein Nullinstruinent angedeutet, bei dem die Spannung desTliernioeleinentes
mi-t der an einemPotentiorneter
Rr-etitslirecliend dem Sollwert
eingestellten Spannung verglichen wird. Das Potentiometer R4 wird hierbei von einerSpannung
E gespeist.
-
1,- ig. 4. zeigt eine Anordnung, mit der es möglich ist, gleichzeitig
eine Temperatur nach einem Kompensationsverfahren aufzuschreiben und zu regeln.#
Von einer Hilfsspannung F_ wird über den Vorwiderstand RH das Potentiotneter Ra
gespeist, von -dein von Hand einstellbar an der -Skala Sh der Sollwert gewählt wird,
während das Potentiorneter R, von dem Motor- hl, entsprechend der jeweiligen Temperatur
eingestellt wird, so <Iaß die jeweilige Temperatur abgelesen und gegebenenfalls
registriert werden kann. Es wird zunächst die Spannung des Thernioelernentes T abwechselnd
Tiber den Schalter .S'ch, -der periodisch selbsttätig angeschaltet wird, mit den
von dem PotentiometerR, und R, (Schaltstellung i) abgegriffenen .Spannungen verglichen.
Ergibt sich ein Unterschied gegenüber der vom Potentiometer R; abgegriffenen Spannung,
so wird die Diterenzspannung von dem an einer Hilfsspannung L" liegenden Verstärker
I' verstärkt und läßt den Motor.LIIr solange laufen, bis Vbercinstimmung herrscht.
Damit ist die kegistriere.inrichtung auf den neuen Meßwert eingestellt.
-
Entspricht die Spannung des Thernioelementes 7' nicht der am Potentiometer
R,; (Schaltstellung 3) entsprechend dem Sollwert eingestellten Spannung, so läuft
der MotorilI.= und betätigt die Energiezufuhr. Die Schalterstellung 2 dient zur
Feststellung der zeitlichen Änderung.-Es wird hierbei die Spannung des Thermoelementes
T mit der vom Widerstand R; abgegriffenen Spannung verglichen, wobei angenommen
wird, daß der Motor M, innerhalb einer Einschaltperiode eine genaue Abgleichung
herbeiführt. Ändert :ich jetzt die Temperatur, während der Schalter auf der Stellung
a steht, so wird der Verstärker L" einen in Größe und Richtung der Abweichung entsprechenden
Wechselstrom abgeben, der in folgender Weise auf die Regelung einwirkt. Der an der
Hilfsspannung L' liegende Transformator Tr .heizt die beiden Widerstände R, und.
Rro gleichmäßig, so lange von dem Verstärker kein Strom abgegeben wird. Ist dies
jedoch der Fall, so ändert sich die Heizung .der beiden Widerstände und die von
ihnen beheizten Thermoelernente Tlar und Tla, werden auf eine verschiedene Temperatur
gebracht, so daß sich der gewünschte Impuls ergibt. Die Gleichrichtung des vom Verstärker
abgegebenen Stromes kann an sich auch mit anderen Mitteln erfolgen, jedoch ist eine
thermische Anordnung zweckmäßig, damit hier die Zeit zwischen zwei Perioden ü-berbrüclct
werci-2ri kann.
-
Falls nötig, können, um Rückkopplungen zu vermeiden, besondere Mittel
vorgeseh:;n sein. So kann z. B. durch den die Kurvenschei:be S antreibenden Motor
auch ein Schalter ,betätigt werden, der die Verstärkung des von der zu regelnden
Größe abgeleiteten Inipulses unterbricht.