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Einrichtung zur Registrierung und Regelung von durch elektrische Größen
darstellbaren physikalischen Größen, insbesondere von Temperaturen, in einer Kompensationsschaltung
Bei den- bekannten Einrichtungen zur Registrierung und Regelung von durch elektrische
Größen darstellbarere physikalischen Größen, insbesondere von Temperaturen, wird
im allgemeinen so vorgegangen, daß an dem Regist.rie@rgerät Grenzkontakte vorgesehen
sind über die der Regelvorgang eingeleitet bzw. idurcbgeführt wird. Diese Regeleinrichtungen
haben den Nachteil, daß die Meßungmenauigkeit des Meßinstrumentes in die Regelung
eingeht. Ferner erfolgt die Regelung mit einer gewissen Zeitverzögerung, da sie
erst dann einsetzt, wenn das Meßergebnis vorliegt. Es ist ferner nicht ohne weiteres
möglich, die Kontakte sehr feinfühlig zu machen, so daß sie schon auf kleine Abweichungen
sicher ansprechen. Die Einstellbarkeit der Kontakte ist zudem verhältnismäßig schwierig.
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Es sind andererseits Kompensationsschaltungenbekannt,
um
eine leistungslose Messung vornehmen zu können. So verwendet man zur Temperaturregistrierung
sogenannte Kompensationsschreiber, bei denen die Spannung eines Thermoelementes
mit einer an einem Potentiometer abgegriffenen Hilfsspannung verglichen wird. Bei
Abweichungen in dem einen oder anderen Sinn wird über eine )Jerstärkeranordnung
das Potentiometer so lange verstellt, bis die am Potentiometer abgegriffene Spannung
der zu messenden Spannung entspricht. Mit dem Potentiometerabgriff ist eine Anzeige-
oder Schreibvorrichtung verbunden. Ordnet man einem solchen Kompensationsschreiber
in der eingangs erwähnten Art Grenzkontal@te zu, um einen Regelvorgang auszulösen,
so ergeben sich die erwähnten Schwierigkeiten. Will man also registrieren und feinfühlig
regeln, so benötigt man zwei getrennte Einrichtungen.
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Es ist auch eine Einrichtung bekannt, bei der das Regelmeßwerk nach
dem Nullverfahren und das Registriermeßiverk nach dem Ausschlagverfahren mit elektrischer
Unterdrückung des Nullpunktes arbeitet, wobei beide Einrichtungen mit derselben
Hilfsstromquelle und demselben Thermoelement verbunden sind. Es wird in beiden Fällen
die an und für sich geringe Thermospannung den Meßwerken -unmittelbar zugeführt.
Daher müssen besonders empfindliche Meßwerke mit verhältnismäßig großer Einstellzeit
verwendet werden. Außerdem ist aber der übliche Aufwand zur Erreichung einer sicheren,
einerseits der Regelung, andererseits der Registrierung dienenden Kontaktgabe erforderlich.
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Dieser Aufwand kann gemäß der Erfindung wesentlich verringert werden,
wenn man bei der bekannten Kompensationsschaltung die Anordnung so trifft, daß ein
dem Regel- und dem Registrierorgan gemeinsamer Verstärker vorhanden ist und eine
an sich als Meßstellenumschalter bekannte Umschalteinrichtung periodisch die XZeßspannung
gegen eine dem Regelsollwert entsprechende Spannung und ferner gegen eine der Zeigerstellung
der abgelaufenen Periode entsprechende Spannung schaltet. Es erfolgt also die Herstellung
des Sollwertes ganz unabhängig von dem Registriervorgang, und außerdem ergeben sich
wesentliche Vorteile meßtechnischer Natur, indem durch die Verwendung des Verstärkers
Temperaturfehler u. dgl. verringert werden, die Einstellzeit sich verkürzt und an
und für sich Instrumente robuster Ausführung zur Anwendung gelangen können.
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Weitere Merkmale der Erfindung werden an Hand der Zeichnungen in einem
Ausführungsbeispiel näher erläutert. Die erfindungsgemäße Anordnung enthält zwei
parallel geschaltete Potentiometer, von denen das eine entsprechend der lleßgröße
von dem Kompensationsschreiher, das andere von Hand auf einen gewünschten Regelwert
eingestellt wird. Es wird nun periodisch von einem Triebwerk, als welches ein Synchronmotor,
ein Uhrwerk od. dgl. dienen kann, ein Schaltwerk umgeschaltet und dadurch geprüft,
ob die Meßgröße, d. h. im Fall einer Temperaturmessung die Spannung eines dem Ofen
zugeordneten Thermoelementes, mit dem Sollwert übereinstimmt. Bei Abweichungen der
festgestellten Spannung von dem Sollwert werden Impulse gegeben, die die zu messende
Spannung beeinflussen. Ein besonderer Vorteil ist dabei noch der, daß der an und
für sich notwendige Verstärker, der die sehr kleinen Abweichungen der zu messenden
Spannung von den an den Potentiometern abgegriffenen Spannungen feststellt und an
sich verhältnismäßig kompliziert ist, für beide Anordnungen, nämlich die Regel-
und die Registrieranordnung, gemeinsam ist.
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Gemäß Fig. i wird die Temperatur des Ofens O, der über die Gasleitung
G und das in ihr befindliche Regelventil h gespeist wird, von dem Thermoelement
T gemessen. Die von dem Thermoelement T abgegebene Spannung wird periodisch mit
den Spannungen an den Bürsten B1 und B2 der parallel geschalteten Potentiometer
i3'1 und lf'2 verglichen. Das Potentiometer Tfl ist der Regelung, das Potentiometer
IT'2 der Registrierung zugeordnet. Die Speisung der Potentiometer erfolgt aus der
Batterie B über einen Widerstand R. Das Triebwerk L' treibt über eine Welle \ ockenscheiben
K1 und K2 an und schaltet abwechselnd den Verstellmotor Ml, der das Ventil l' verstellt,
und den Verstellmotor 11" der über die Spindel Sp die Gleitmutter G 11 für die Bürste
B2 einstellt, ein. Die Differenzspannungen zwischen der Thermospannung und der an
dem Potentiometer abgegriffenen Spannung werden von dem an einem Netz 1,' liegenden
Verstärker I'st verstärkt. Die Anordnung wirkt wie folgt: In der gezeichneten Stellung
wird über den Verstärker Vst geprüft, ob die Spannung des Thermoelementes T der
von Hand entsprechend dem Sallivert eingestellten und an der Bürste B1 vom Potentiometer
TV, abgegriffenen Spannung entspricht. Ist dies nicht der Fall, so wird die Differenzspannung
verstärkt über den vom Nocken K2 geschalteten Kontakt dem Motor :111 zugeführt,
der das Ventil l' so lange verstellt, bis die gewünschte Temperatur eingestellt
ist und die Spannung des Thermoelementes T dem an der Bürste B1 eingestellten Soll-,vert
entspricht. Nach einer gewissen Zeit, vorzugsweise etwa i bis io Sek., ist der Schaltnocken
K1 so weit verdreht,
daß das Thermoelement von dem Potentiometerzweig
W1 abgeschaltet und dem Potentiometer W2 zuggeschaltet ist"so da.ß nunmehr die Spannung
des Thermoelementes T mit der des Abgriffs am Potentiometer W2 verglichen wird.
Eine etwa vorhandene Differenzspannung wird über den Verstärker y'st verstärkt mittels
des unteren Kontaktes an K2 dem Motor M2 zugeführt, der über die Spindel Sp und
die Gleitmutter GM den Abgriff B2 so lange verstellt, bis die Differenzspannung
zu Null geworden ist. Der Motor M1 ist jetzt mittels des Nockens K2 abgeschaltet.
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Der Verstärker Vst kann ein Galvanometer enthalten, das beiderseits
eines Mittelnullpunktes ausschlägt. Die Stellung des beweglichen Systems kann mechanisch,
optisch, thermi,sch oder induktiv abgetastet werden, wodurdh die Abgabe der Regelimpulse
erfolgt. Eine weitere Möglichkeit ist, daß die Differenzspannung zerha*t und einem
Röhrenverstärker zugeführt wird, über den die Motoren M1 bz,w. M2 entsprechend gesteuert
werden.
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Fig. a zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. Hier
wird der Ofen O durch die Heizwicklung H vom Netz. N über den veränderlichen
Vorwiderstand r elektrisch geheizt. Die Temperatur wird mit dem Thermoelement T
gemessen. Die entsprechende Spannung wird abwechselnd mit der von dem Potentiometer
W1 und W2 abgegriffenen verglichen. In der gezeichneten Stellung erfolgt die Prüfung,
ob die von dem Thermoelement abgegebene Spannung der von dem Potentiometer W2 entsprechend
der BürstenstellungB2 abgegriffenenSpannungentspricht. Eine etwaige Differenzspannung
wird von dem Verstärker Vst verstärkt: dem Motor M zugeführt, der über die Zahnräder
Z und Z2 die Spindel Spe und die Gleitmutter GM2, die Bürste B2 und damit das Registrierwerk
verstellt. Nach einer gewissen Zeit schaltet das Triebwerk U die Kontakte K1 und
K2 um. Dann wird festgestellt, ob die Spannung des Thermoelementes T der von dem
Potentiometer W1 entsprechend der Bürstenstellung Bi eingestellten Spannung entspricht.
Eine etwaige Ausgleichsspannung wird von dein Verstärker lest dem Motor M zugeführt.
Da aber von der Nockenscheibe K2 jetzt der das Relais K erregende Stromkreis geschlossen
ist, wird das Zahnrad Z auf der Motorachs; verschoben und greift in das Zahnrad
Z1 ein, so daß über die Spindel Spi die Gleitmutter GMi und damit der Abgriff-des
Widerstandes r verändert wird. Die beiden Potentiome@ter W1 und W2 werden über den
Vorwiderstand R von der Hilfsstromquelle B, deren Spannung in bekannter Weise zu
überwachen ist, gespeist. An Stelle des stetig veränderlichen VorwiÜerstandes R
für die Heizwicklung H können auch Stufenkontakte vorgesehen werden. Gelegentlich
ist auch eine Abänderung der Anordnung in folgender Weise zweckmäßig. Für den Fäll
z. B., da,ß ein Ofen auf eine Temperatur von etwa iooo° bei sprunghafter Änderung
der Energiezufuhr geregelt werden soll, ist es zweckmäßig, im Dauerbetrieb mit einer
verhältnismäßig kleinen Änderung der Energiezufuhr bei Abweichungen vom Sollwert
zu. arbeiten, während zum Anheizen ein: verhältnismäßig großer Energieüberschuß
zweckmäßig erscheint. In diesem Fall kann zu den Potentiometern W1 und W2 noch ein
drittes Potentiometer parallel geschaltet werden, das ebenfalls von dem Triebwerk
U periodisch an das Thermoelement T
geschaltet wird. Dieses Potentiom.eter
wird zweckmäßig auf einen etwas unterhalb der Normaltemperatur liegenden Wert, im
Ausführungsbeispiel etwa 95o'°', eingestellt und die Anordnung so getroffen, daß,
solange die Temperatur von 95o° nicht erreicht ist, eine verhältnismäßig große Heizleistung
etwa durch Dreieckschaltung vorgesehen ist, während, nach Erreichung dieser Temperatur
die Heizleistung erheblich verringert wird, etwa durch Herstellung der Fernschaltung
für die Heizwicklung.