DE849443C - Vorrichtung zur elektrischen, proportionalen Regelung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur elektrischen, proportionalen Regelung.

Bei einer derartigen Vorrichtung wird die zu regelnde Größe durch ein sog. Regelorgan beein-S flußt. Bei proportionaler Regelung wird die Lage des Regelorgans entsprechend dem Unterschied zwischen dem gewünschten und dem wirklichen Wert der zu regelnden Größe eingestellt. Die Lage des Regelorgans kann im allgemeinen nur innerhalb bestimmter Grenzen geändert werden. Mit diesen Grenzen stimmen bestimmte Werte der Differenz zwischen dem gewünschten und dem wirklichen Wert der zu regelnden Größe überein. Überschreitet die Differenz diese Werte, so ist eine proportionale Regelung ausgeschlossen. Der Bereich, in dem Proportionalregelung stattfindet, wird der Proportionalitätsbereich genannt. Die Breite dieses Bereiches ist von dem Maße abhängig, in dem die Lage des Regelorgans von dem Unterschied zwischen dem gewünschten Wert und dem wirklichen Wert der zu regelnden Größe abhängig gemacht ist. Wenn diese Abhängigkeit groß ist, wird mit einem verhältnismäßig geringen Unterschied eine große Lagenänderüng des Regelorgans übereinstimmen. Der Proportionalitätsbereich ist also schmal.

Bekanntlich muß die Breite des Proportionalitätsbandes den Umständen angepaßt werden. Eine genaue Regelung erreicht man mit einem schmalen Proportionalitätsbereich. Man kann aber den Proportionalitätsbereich nicht beliebig schmal machen, da sonst Instabilität auftritt, die sich durch ein Pendeln des wirklichen Wertes der zu regelnden Größe um den gewünschten Wert bemerkbar macht,

sogar beim Fehlen äußerer Störungen der zu regelnden Größe. Die Breite des Proportionalitätsbereiches ist somit sehr wichtig.

Der wirkliche Wert der zu regelnden Größe ist wichtig, um Abweichungen feststellen zu können, die trotz der Regelung gegebenenfalls zwischen diesem Wert und dem gewünschten Wert bestehen. Auch die Lage des Regelorgans ist eine wichtige Größe. Rückt diese an eine der Grenzen ihres ίο Bereiches heran, so ist dies ein Anzeichen, daß die Gefahr besteht, außerhalb des Gebietes zu gelangen, in dem Proportionalregelung stattfindet. In einem solchen Fall sollen Maßnahmen getroffen werden, um dies zu verhüten.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung der erwähnten Art, bei der die Breite des Proportionalitätsbereiches, der wirkliche Wert der zu regelnden Größe und die Lage des Regelorgans in jedem Augenblick erkennbar sind sowie die Breite des Proportionalitätsbereiches und der gewünschte Wert der zu regelnden Größe in einfacher Weise einstellbar sind.

Zu diesem Zweck wird von einer Vorrichtung der erwähnten Art ausgegangen, bei der längs eines an eine Spannungsquelle angeschlossenen Potentiometers eih erster Kontakt entsprechend dem wirklichen Wert der zu regelnden Größe verschoben wird und ein diese Größe regelndes Organ (Regelorgan) durch eine elektrische Spannung (Regel spannung) in eine Lage geführt wird, die von dem Unterschied zwischen dem wirklichen und dem gewünschten Wert der zu regelnden Größe abhängig ist, und bei der in den Kreis, von dem die Regelspannung abgegriffen wird, außerdem ein zweites Potentiometer aufgenommen ist, dessen beweglicher Kontakt mit dem Regelorgan gekuppelt ist. *

Die Vorrichtung nach der Erfindung weist das Merkmal auf, daß auf dem ersten Potentiometer zwei weitere einstellbare Kontakte angeordnet sind, die mit den Enden des zweiten Potentiometers verbunden sind, wobei die Regelspannung von dem ersten beweglichen Kontakt des ersten Potentiometers und von dem beweglichen Kontakt des zweiten Potentiometers abgegriffen wird. Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung, in der eine Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung dargestellt ist, beispielsweise näher erläutert.

Die dargestellte Regelapparatur dient im vorliegenden Fall zur Temperaturregelung des vom Ölbrenner 2 geheizten Ofens 1. Dieser Brenner wird durch die Ölleitung 3 gespeist, in der ein Hahn 4 angeordnet ist, der im vorliegenden Fall als Regelorgan dient. Der Hahn 4 kann vom Motor 5 in eine andere Lage geführt werden. Mit dem Hahn 4 ist der bewegliche Kontakt 14 des Potentiometers 13 gekuppelt, der einen Teil der im folgenden beschriebenen Regelschaltung bildet. Die zu regelnde Größe, also die Temperatur, wird im vorliegenden Fall mit dem Thermoelement 6 gemessen. Die Ausgangsspannung dieses Elementes wird dem Verstärker 7 zugeführt. Die Ausgangsspannung dieses Verstärkers wird einem elektromechanischen, im Block 7 enthaltenen Umformer zugeführt, der die Lage des verschiebbaren Kontaktes 10 des Potentiometers 9 beeinflußt, und zwar derart, daß die Lage des Kontaktes 10 ein Maß für die Temperatur bildet. Die wirkliche Temperatur des Ofens 1 kann also aus dieser Lage abgeleitet werden. Zu diesem Zweck kann z. B. parallel zum Widerstandskörper des Potentiometers 9 eine Temperaturskala angeordnet sein, auf der die Lage des Kontaktes 10 ablesbar ist. Das Potentiometer 9 ist an die Spannungsquelle 8 angeschlossen. Diese liefert im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Wechselspannung; je nach Wunsch kann aber auch eine Gleichspannung verwendet werden. Längs des Potentiometers 9 sind zwei weitere verstellbare Kontakte 11 und 12 angeordnet, die mit den Enden des Potentiometers 13 verbunden sind. Die zur Einstellung des Hahnes 4 verwendete Regel spannung wird im vorliegenden Fall dem beiveglichen Kontakt 10 des Potentiometers 9 und dem beweglichen Kontakt 14 des Potentiometers 13 entnommen. Diese Regelspannung wird dem Verstärker 15 zugeführt, in dessen Ausgangskreis der Schalter 16 aufgenommen ist. Dieser Schalter kann drei Lagen einnehmen. Er wird in die dargestellte Mittellage geführt, sobald die Regelspannung praktisch gleich Null ist. Der von der Spannungsquelle 17 gespeiste Motor 5 ist dann unwirksam. Die Spannungsquelle 17 ist auch im vorliegenden Fall als eine Wechselspannungsquelle ausgebildet; es kann aber auch eine Gleichspannungsquelle verwendet werden.

Wird der Schalter 16 in eine der Außenlagen geführt, so wird der Motor 5 betätigt. Jede dieser Lagen stimmt mit einer dieser beiden entgegengesetzten Drehrichtungen des Motors 5 überein. Ist die Quelle 8 eine Gleichspannungsquelle, so wird der Schalter 16 vom Verstärker 15 in die eine bzw. die andere Außenlage geführt, wenn die Regelspannung positiv bzw. negativ ist. Falls, wie im vorliegenden Ausführungsbeispiel, die Quelle 8 eine Wechselspannungsquelle ist, so wird der Schalter 16 vom Verstärker 15 in eine bzw. in die andere Außenlage geführt, wenn die Regelspannung eine Phase hat, die derjenigen der Spannung der Quelle 8 gleich bzw. entgegengesetzt ist.

Die Wirkungsweise dieser Regelschaltung ist folgende. Solange die von den Widerständen R₁, R.,, R₃, R_A gebildete Brücke nicht im Gleichgewicht ist, also der Bedingung R₁: R₂ = R₃ : Ri nicht entsprochen ist, wird die Regelspannung nicht gleich Null sein. Der Schalter 16 wird also eine der Außenlagen einnehmen. Der Motor 5 wird also wirksam sein und die Lage des Regelhahnes 4 ändern. Hierdurch wird der mit diesem Hahn gekuppelte Kontakt 14 des Potentiometers 13 verschoben, bis den erwähnten Bedingungen entsprochen ist. Die Brücke ist dann im Gleichgewicht, und die Regelspannung ist gleich Null. Der Schalter 16 nimmt dann die Mittellage ein. In diesem Zustand ist die Bedingung R₁: R₂= R₃: R± erfüllt. Mit jeder Lage des Regelhahnes stimmt eine bestimmte Lage des Kontaktes 14, mithin ein bestimmtes Verhältnis zwisehen R₃ und R_i überein. Dieses Verhältnis ent-

spricht demjenigen zwischen Ri und R₂. Die Lage des Regelhahnes 4 kann also aus dem Verhältnis zwischen ^₁ und R₂ und also auch aus der Lage des Kontaktes 10 in bezug auf die Kontakte 11 und 12 abgeleitet werden. Was hier für eine bestimmte Lage des Regelhahnes gesagt worden ist, gilt auch für seine Aulienlagen. Wenn sich der Regelhahn 4 sehr langsam von der ganz geschlossenen in die ganz offene Lage bewegt, wird sich der Kontakt 14 längs eines gewissen Teiles des Potentiometers 13 verstellen. Der Kontakt 10 wird sich dann längs eines gleich großen Teiles des zwischen den Kontakten 11 und 12 liegenden Widerstandes des Potentiometers 9 verstellen. Aus der gegenseitigen Lage der Kontakte 11 und 12 ist in dieser Weise die Breite des Proportionalitätsbereiches ermittelbar. Im Sonderfall, daß sich der Kontakt 14 von dem einen Ende des Potentiometers 13 zum anderen Ende desselben verstellt, wenn der Regelhahn von der ganz offenen in die ganz geschlossene Lage geführt wird, stimmt der Proportionalitätsbereich mit dem ganzen Abstand zwischen den Kontakten 11 und ι 2 überein. Auf der erwähnten Temperaturskala, auf der der Kontakt 10 die wirkliche Temperatur des Ofens 1 anzeigt, deutet dann der Kontakt ι ι die Temperatur an, bei der sich der Regelhahn in der einen Außenlage befindet, und der Kontakt 12 die Temperatur, bei der sich der Regelhahn in der anderen Außcnlage befindet.

Es leuchtet ein, daß die Lage des Kontaktes 10 ein Maß für die wirkliche Temperatur des Ofens 1, der Abstand der Kontakte 1 1 und 12 ein Maß für die Breite des Proportionalitätsbereiches und die Lage des Kontaktes 10 in bezug auf die Kontakte 11 und 12 ein Maß für die Lage des Regelhahnes bilden.

Indem die Kontakte 1 1 und 12 zusammen verschoben werden, ist die gewünschte Temperatur einstellbar. Hierdurch tritt eine Gleichgewichtsstörung der erwähnten Brücke ein, die aufgehoben wird, sobald die Lage des Regelhahnes eine hinreichende Änderung erfahren hat.

Wünscht man die Breite des Proportionalitätsbereiches zu ändern, so sollen die Kontakte 11 und 12 in bezug aufeinander verschoben werden. Die Lage der Kontakte 11 und 1 2 in bezug auf das Potentiometer 9 bildet dann ein Maß für die Temperaturgrenzen, innerhalb deren die Proportionalregelung stattfindet. Gewünschtenfalls kann man die Breite des Proportionalitätsbereiches gleich Null machen.

Der gewünschte Stabilitätsgrad der Einstellung des Regelorgans ist durch Einstellung der Größe der Spannung der Quelle 8 und der Größe der Verstärkung des Verstärkers 15 erzielbar.

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   i. Vorrichtung zur proportionalen elektrischen Regelung, bei der längs eines an eine Spannungsquelle angeschlossenen Potentiometers ein erster Kontakt entsprechend dem wirklichen Wert der zu regelnden Größe verschoben wird und ein diese Größe regelndes Organ (Regelorgan) durch eine elektrische Spannung (Regelspannung) in eine Lage geführt wird, die von dem Unterschied zwischen dem wirklichen und dem gewünschten Wert der zu regelnden Größe abhängig ist, und bei der in den Kreis, von dem' die Regelspannung abgegriffen wird, außerdem em zweites Potentiometer aufgenommen ist, dessen beweglicher Kontakt mit dem Regelorgan gekuppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem ersten Potentiometer zwei weitere einstellbare Kontakte angeordnet sind, die mit den Enden des zweiten Potentiometers verbunden sind, wobei die Regelspannung von dem ersten beweglichen Kontakt des ersten Potentiometers und von dem beweglichen Kontakt des zweiten Potentiometers abgegriffen wird.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage der drei Kontakte des ersten Potentiometers auf ein und derselben Skala angezeigt wird.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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