DE854593C - Temperaturregler mit temperaturabhaengigem Widerstand als Fuehler - Google Patents

Temperaturregler mit temperaturabhaengigem Widerstand als Fuehler

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DE854593C
DE854593C DEL3522D DEL0003522D DE854593C DE 854593 C DE854593 C DE 854593C DE L3522 D DEL3522 D DE L3522D DE L0003522 D DEL0003522 D DE L0003522D DE 854593 C DE854593 C DE 854593C
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DE
Germany
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temperature
coil
instrument
sensor
temperature controller
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Expired
Application number
DEL3522D
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English (en)
Inventor
Robert Amsler
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Landis and Gyr AG
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Landis and Gyr AG
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05DSYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D23/00Control of temperature
    • G05D23/19Control of temperature characterised by the use of electric means
    • G05D23/20Control of temperature characterised by the use of electric means with sensing elements having variation of electric or magnetic properties with change of temperature
    • G05D23/24Control of temperature characterised by the use of electric means with sensing elements having variation of electric or magnetic properties with change of temperature the sensing element having a resistance varying with temperature, e.g. a thermistor
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05DSYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D23/00Control of temperature
    • G05D23/19Control of temperature characterised by the use of electric means
    • G05D23/1927Control of temperature characterised by the use of electric means using a plurality of sensors

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Control Of Temperature (AREA)

Description

  • Temperaturregler mit temperaturabhängigem Widerstand als Fühler Die Erfindung bezieht sich auf einen Temperaturregler, der ein Ansprec'hinstrument mit mindestens einer Spule aufweist, die in Reihe mit einem als Temperaturfühler dienenden, temperaturabhängigen Widerstand geschaltet ist. Als Ansprechinstrumente kommen z. B. Kontaktgalvanometer, Differentialrelais oder als Kontaktgeber ausgebildete Ferrarisinstrumente in Frage.
  • Bei den an sich bekannten Ausführungen eines solchen Temperaturreglers sind außerordentlich empfindliche Ansprechinstrumente erforderlich, weil die für die Temperaturfühler praktisch verwendeten Metalle nur einen verhältnismäßig kleinen Temperaturkoeffizienten aufweisen, so daß die Widerstandsänderungen der Temperaturfühler sich nur innerhalb enger Grenzen bewegen.. Der Temperaturregler nach der Erfindung zeichnet sich durch Vermeidung dieses Nachteils dadurch aus, daß der in der Spule des Ansprechinstrumentes fließende Strom noch von mindestens einem anderen temperaturabhängigen Widerstand beeinflußt wird, und zwar im Sinne einer Vergrößerung der Empfindlichkeit der Regelung.
  • In der Zeichnung zeigt Fig. i die bisher übliche Schaltung des Temperaturfühlers und der Spule des Anspruchinstrumentes, Fig. 2, 4, 5, 6 und 7 beispielsweise Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Temperaturreglers, Fig. 3 ein Diagramm zu Fig. i und 2.
  • Im folgenden wird als Ansprechinstrumentein als Kontaktgeber ausgebildetes Ferrarisinstrument verwendet; es kann aber ebensogutein Differentialrelais oder ein Kontaktgalvanometer verwendet werden. Mit dem Ansprechinsrtrument werden dann durch direkte oder indirekte Steuerung die Organe geschaltet, von denen die zu regelnde Temperatur abhängt.
  • In Fig. i ist die bei einem Temperaturregler bisher übliche Anordnung des Temperaturfühlers i in Reihe mit der Spule 2 des Ahsprechinstrumentes schematisch dargestellt. Eine Temperaturänderung am Fühler i bewirkt eine Veränderung seines Widerstandes und demzufolge eine Änderung des Stromes. Für eine bestimmte Temperaturänderung am Fühler i ist die erzielte Stromänderung um so größer, je größer das Verhältnis des Fühlerwiderstandes zum Spulennviderstand des Ansprechinstrumentes ist. Als Fü'hlerwiderstand kann irgendein Material mit, einem möglichst großen Temperaturkoeffizienten, der positiv, wie z. B. bei Metallen, oder negativ, wie z. B. bei Kohle oder elektronischen Halbleitern, ist, verwendet werden. Im Diagramm (Fig. 3) stellt die Kurve a die prozentuale Zunahme des Stromes Jsp für eine Vergrößerung des Fühlerwiderstandes um io °/o in Funktion des Verhältnisses der Leistung im Fühlerwiderstand LF zur Leistung in der Spule des Ansprechinstrumentes Lsp dar.
  • Bei dem Temperaturregler nach Fig. 2 ist nun ein temperaturabhängiger Widerstand 3, z. B. eine Metalldrahtglühlampe, parallel zur Spule 2 des Ansprechinstrumentes geschaltet. Die Wirkungsweise dieser Anordnung ist nun die folgende: Nimmt der Widerstand des Fühlers i zu, so sinkt der Strom in der Spule 2 und in der Lampe 3. Dadurch sinkt deren Glühfadentemperatur und damit er Widerstand des Glühfadens, so daß nunmehr der durch den Temperaturfühler i fließende Strom sich anders aufteilt, indem durch den temperaturabhängigenWiderstand3 relativ mehr und durch die Spule 2 des Ansprechinstrumentes relativ weniger Strom fließt. Dadurch wird die ursprüngliche Stromänderung in der Spule 2 des Ansprechinstrumentes also verstärkt. Infolge der Widerstandsänderung der Lampe 3 fließt dann ein größerer Totalstrom alsi bei gleichbleibendem Widerstand, was wieder zur Folge hat, daß der Spannungsabfall am Temperaturfühler größer und damit der Spulenstrom nochmals verkleinert wird.
  • Durch die Zuschaltung des als thermischer Verstärker wirkenden temperaturabhängigen Widerstandes 3 wird nun aber die Leistung im Temperaturfühler erhöht. Soll die Anordnung einen Vorteil bringen, so muß die relative Verstärkung größer sein als die Wirkung, die bei gleicher Fühlerleisrtung ohne thermischen Verstärker erzielt würde. Ein Vergleich. beider Anordnungen hat also unter Zugrundelegung eines gleichen 'Verhältnisses der Fühlerleistung zur Spulenleistung zu erfolgen.
  • Im Diagramm Fig. 3 stellt die Kurve b einen solchen Vergleich dar, unter Verwendung einer Metalldrahtglühlampe als thermischer Verstärker, hei einer Fadentemperatur in der Größenordnung von 5oo° C und einem Verhältnis von i : i zwischen Spulenwiderstand und Lampenwiderstand. Der Verlauf dieser Kurve, bei der ebenfalls eine Vergrößerung des Fühlerwiderstanäes um io % angenommen ist, zeigt, daß die prozentuale Zunahme des Stromes Isp mit zunehmendem Verhältnis der Fühlerleistung zur Spulenleisitung rasch auf große Werte zunimmt. Die durch den thermischen Verstärker erzielte Versbesserung, also ist in Fig. 3 durch die Kurve c dargestellt, welche die erzielte Verstärkung h in Prozent angibt und für welche die Skala rechts dient. Daraus geht hervor, daß im vorliegenden Beispiel mindestens eine Verstärkung von 18 % erreicht wird.
  • Eine ähnliche Verstärkerwirkung läßt sich erzielen, wenn ein temperaturabhängiger Widerstand mit negativem Temperaturkoeffizienten in Reihe mit Temperaturfühler und Spule des Ansprechinstrumentes geschaltet wird. Da der Verstärker in Luft arbeitet, ist seine Temperaturänderung für eine bestimmte Stromänderung relativ groß, wodurch auch sein Widerstand sich stark ändert und eine große Verstärkerwirkung erzielt wird.
  • Der beschriebene Temperaturregler hat noch den Nachteil der Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur, de. der Verstärker 3 der Temperatur der Umgebung ausgesetzt ist. Man könnte dies beheben, indem man. den Verstärker,in ein Gehäuse mit konstanter Temperatur bringt. Viel einfacher als dies ist jedoch die Anwendung eines zweiten gleichen Verstärkers im Stromkreis einer zweiten Spule des Ferrariskontaktinstrumentes. Beide Verstärker wirken sich dann entgegen, wodurch die Temperaturabhängigkeit aufgehoben wird. Durch die Gegenschaltung der beiden Spulen des Ferrariskontaktinsirumentes ist die Anordnung außerdem spannungsunabhängig. Die vorbeschriebene Anordnung hat aber noch einen weiteren Vorteil. Es ist bekannt, däß jeder Temperaturregler, an dessen Genauigkeit höhere Anforderungen gestellt werden, eine Rückführung benötigt. Diese bewirkt eine vorübergehende Verstellung des eingestellten Regelsollwertes, welche nach erfolgter Korrektur der regulierten Temperatur wieder verschwindet. Die Einführung einer Rückführung läßt sich nun bei der vorbeschriebenen Anordnung auf sehr einfache Art ermöglichen. Beheizt man nämlich :den als thermischen Verstärker wirkenden Widerstand durch eine. separate Heizwicklung, so ergibt sich eine Änderung des Spulenstromes, was einer Verschiebung des Sollwertes gleichkommt. Wird die Beheizung ausgeschaltet, so verschwindet diese Verschiebung wieder. Es ist nun lediglich nötig, diese Beheizung jeweils durch den Kontakt des Ansprechi:nstrumentes aus- und einschalten zu lassen, um die giewünschte Rückführung zu erzielen. Das Ansprecbinstirument wird durch die infolge der Beheizung des thermischen Verstärkers entstehende Sollwertverschiebung vorzeitig rückgeführt und schaltet seinen Kontakt aus, bevor dies durch die Temperaturänderung des, regulierten Mediums geschieht. Man erhält damit bei einem Auf-Zu-Ansprech.instrument eine starre und bei einem progressiv wirkenden Ansprechinst:rument eine elastische Rückführung. Die Rückführgröße ist durch die Heizleistung des thermischen Verstärkers und die Rückführzeit durch dessen Abkühlzeit gegeben. Beide Faktoren können verändert werden, womit der Regler an jedes Objekt angepaßt werden kann.
  • In der Fig. 4 ist eine Ausführungsform dargestellt, in welcher i den Temperaturfühler darstellt, der in Reihe mit der Spule 2 des Ansprechinstrumentes liegt. Parallel zur Spule 2 liegt der als thermischer Verstärker bezeichnete temperaturabhängige Widerstand 3 mit positivemTemperatur!koeffizienten. Der Widerstand 3 kann durch die als Rückführung wirkende Heizwicklung 4, welche über den Kontakt 6 des Ansprechinstrumentes an Spannung gelegt werden kann, beheizt werden. Die zweite Spule 21 des Ansprechinstrumentes liegt in Reihe mit einem regulierbaren Widerstand 5, welcher zur Einstellung der gewünschten Regelsolltemperatur dient und parallel zum thermischen Verstärker 31, welcher seinerseits durch die Heizwicklung 41, die ebenfalls über den Kontakt 6 des Ansprechinstrumentes an Spannung gelegt wird, beheizt werden kann. Durch den Kontakt 6 des Ansprechinstrumentes wird außerdem das Regelorgan 7 in der gewünschten Richtung betätigt.
  • In der Fig. 5 ist eine ähnliche Anordnung wie in der Fig. 4 dargestellt, jedoch mit dem Unterschied, daß die thermischen Verstärker 3 und, 31 einen negativen Temperaturkoeffizienten aufweisen.
  • In der Fig. 6 ist ebenfalls eine Anordnung wie in der Fig. 4 dargestellt, jedoch weisen die thermischen Verstärker 3 und 3 i positiven und die thermischen Verstärker 8 und 8 1 negativen Temperaturkoeffizienten auf. Die Wirkungsweise dieser Anordnungen ist nach der Beschreibung der Wirkungsweise der grundsätzlichen Anordnung gemäß der Fig. 2 ohne weiteres verständlich.
  • Verwendet man als Ansprechinstrument ein Ferrariskontaktinstrument, so ist dessen Empfindlichkeit durch seine Anlaufleistung aus dem Stillstand, und diese wieder durch die Haftreibung gegeben. Es läßt sich damit eine bestimmte Empfindlichkeit erzielen. Wünscht man diese noch weiter zu erhöhen, so ist dies durch folgende Maßnahme möglich: Das bewegliche System des Ansprechinstrumentes wird mit einer Feder gekoppelt, so daß jeder Drehmomentsänderung eine bestimmte Änderung des Drehwinkels entspricht. Durch einen in der Fig. 7 mit io bezeichneten Zeitschalter wird nun mit einer bestimmten Periode abwechslungsweise die eine und die andere der beiden Rückführheizungen mit reduzierter Heizleistung eingeschaltet, wodurch das bewegliche System in eine periodische Schwin, gung verfällt. Zur Einstellung der reduzierten Heizleistung dient dabei der einstellbare Widerstand i i. Die Abstände der beiden Kontakte des Kontaktinstrumentes können nun so klein gewählt werden, daß ohne eine Verschiebung des Sollwertes gerade noch keine Berührung eintritt, jedoch bei der kleinsten Verschiebung schon Kontaktentsteht. Auf diese Weise muß nicht erst die Haftreibung überwunden werden, deren Wirkung wird vielmehr durch die aufgedrückte mechanische Schwingung beseitigt. Daraus ergibt sich eine Erhöhung der Empfindlichkeit der ganzen Anordnung.
  • Die beschriebene Regleranordnung hat verschiedene Anwendungsmöglichkeiten. So kann damit beispielsweise eine Temperatur konstant gehalten werden, sei es durch Auf-Zu-Regelung mit starrer Rückführung oder durch progressive Regelung mit elastischer Rückführung. Andrerseits kann damit eine regulierte Temperatur in Funktion einer zweiten Temperatur verstellt werden, indem an Stelle des Einstellwiderstandes 5 ein zweiter Temperaturfühler eingefügt wird.
  • Ferner kann parallel zum Ferrariskontaktinstrument ein Ferrarisinstrument mit Temperaturskala angeordnet werden, zwecks Fernanzeige der Temperatur. Es ist ebenfalls einleuchtend, da.ß eine Fernverstellung der einregulierten Temperatur .von einem beliebigen Ort aus ohne Schwierigkeiten möglich ist.

Claims (9)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Temperaturregler, der ein Ansprechin.strument mit mindestens einer Spule aufweist, die in Reihe mit einem als Temperaturfühler dienenden temperaturabhängigen Widerstand geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der in dieser Spule fließende Strom von mindlestens einem anderen temperaturabhängigen Widerstand beeinflußt wird, und zwar im Sinne einer Vergrößerung der Empfindlichkeit der Regelung.
  2. 2. Temperaturregler nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das, Ansprechinstrument eine zweite Spule aufweist, deren Strom von mindestens einem temperaturabhängigen Widerstand beeinflußt wird.
  3. 3. Temperaturregler nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß Widerstände mit positivem Temperaturkoeffizienten verwendet sind.
  4. 4. Temperaturregler nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß Widerstände mit negativem Temperaturkoeffizienten verwendet sind.
  5. 5. Temperaturregler nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß Widerstände mit negativem, wie auch solche mit positivem Temperaturkoeffizienten verwendet sind.
  6. 6. Temperaturregler nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der andere Widerstand parallel zur Spule geschaltet ist.
  7. 7. Temperaturregler nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der andere Widerstand in Reihe zur Spule geschaltet ist. B.
  8. Temperaturregler nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Regelsollwert durch einen in den Stromkreis der zweiten Spule des Ansprechinstrumentes gelegten Widerstand einstellbar ist.
  9. 9. Temperaturregler nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Regelsollwert durch einen zweiten Temperaturfühler und in Funktion einer anderen Temperatur verstellt wird. io. Temperaturregler nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der temperaturabhängigen Widerstände im Verlaufe des Regelvorganges von einer zur Rückführung dienenden Heizwicklung beheizt wird. i i. Temperaturregler nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erhöhung der Anr sprechempfmdlichkeit dem beweglichen System des Arisprechinstrumentes periodische Schwingungen aufgedrückt werden.
DEL3522D 1943-05-17 1943-06-01 Temperaturregler mit temperaturabhaengigem Widerstand als Fuehler Expired DE854593C (de)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE950243C (de) * 1953-01-16 1956-10-04 Leitz Ernst Gmbh Elektrischer Temperaturregler mit Rueckfuehrung
DE1094505B (de) * 1955-07-06 1960-12-08 Vapor Heating Corp Temperaturregler mit Kontaktthermometer
DE974461C (de) * 1953-01-29 1960-12-29 Siemens Ag Temperaturregler mit Widerstandsthermometer als Fuehler
DE1167571B (de) * 1960-02-15 1964-04-09 Gotthold Zielasek Dipl Phys Anordnung zur Temperaturbeeinflussung in geschlossenen Raeumen mit Hilfe von Thermoelementen sowie temperatur- und spannungsabhaengigen Widerstaenden

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