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Regler in Verbindung mit schreibendem Meßgerät Die prinzipielle Arbeitsweise
eines Schreibers mit zyklisch arbeitenden Gliedern besteht darin, daß die Stellung
eines Meßwertfühlers, z. B. die Stellung eines Zeigers oder die Abstimmung einer
Wheatstoneschen Brücke, laufend abgegriffen und mittels eines synchron mit dem Abtastmechanismus
das Registrierpapier überstreichenden Schreibstiftes in Form von Punkten zur Aufzeichnung
gebracht wird.
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Im allgemeinen wird diese Aufzeichnung herbeigeführt durch einen Spannungs-
oder Stromimpuls, der bei Brückenabgleich oder bei Koinzidenz von Zeiger und Abtastorgan
entsteht und auf Schreibstift und strom- oder spannungsempfindliches Papier gegeben,
ein Schreibzeichen hinterläßt.
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Eine moderne praktische Ausführung eines derartigen Gerätes ist z.
B. der Sweep-Balance-Recorder von Keinath. Dieses Gerät ist mit einem Regler ausgerüstet,
der grundsätzlich in der Weise arbeitet, daß auf fotoelektrischem Wege die Differenz
zwischen einer vorgegebenen Programmkurve, die also als Sollwertkurve zu bezeichnen
ist, mit der vom Schreiber aufgezeichneten Istwertkurve verglichen wird.
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Die Differenz der Abszissenwerte beider Kurven ist ein Maß für die
Abweichung des Istwertes vom Sollwert, und der Regelimpuls wird als Funktion dieser
Abweichung auf den Regler gegeben.
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Diese Art der Regelung ist umständlich, da die fotoelektrische Abtastung
mit einem erheblichen Aufwand an Verstärkermitteln arbeiten muß und damit zwangsläufig
teuer in der Fabrikation und relativ störanfällig wird.
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Gegenstand der Erfindung ist ein Regler in Verbindung mit einem schreibenden
Meßgerät mit zyklisch arbeitenden Gliedern, bei dem der Schreibimpuls direkt zur
Reglung herangezogen und ferner der konstruktive Aufwand sehr klein gehalten wird.
Das
heißt es werden die Vorteile der zyklischen Abtastung des Meßwertes mit einer für
dieses Meßprinzip besonders günstigen Regleranordnung verbunden.
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Der prinzipielle Aufbau des Gerätes ist in Fig. 1 dargestellt. Synchron
mit dem Schreibstift a, der an der Scheibe S1 befestigt ist und laufend das gewölbte,
in Pfeilrichtung t transportierte Registrierpapier P überstreicht, läuft eine Scheibe
S, die mit einer Kontaktbahn b versehen ist, welche an zwei um r8o° versetzten Stellen
je eine Lücke L aufweist. Auf dieser Kontaktbahn laufen drei Kontaktstifte, von
denen zwei, nämlich die Stifte c und d, um 18o° versetzt fest angeordnet sind, während
sich der Kontaktstift e innerhalb dieses Bereiches von 18o° zwischen den beiden
Kontaktstiften c und d gegenüber einer Skala Sk verschieben läßt. Die drei Kontaktstifte
sind über den Ausgang des Schreibers, welchem der Schreibimpuls (Intimpuls) entnommen
werden kann, derart mit zwei Haftrelais f und g verbunden, daß je nach Stellung
der Scheibe S2 der Istimpuls entweder das Relais f oder das Relais g oder keines
der beiden schließt. Die Relaisglieder f und g sind so ausgebildet, daß der
Arbeitskontakt nach erfolgtem Intimpuls für die Zeitdauer beliebig vieler Umläufe,
mindestens aber eines Umlaufes des Schreibstiftes, geschlossen bleibt. Die Funktion
dieser Anordnung ist in folgendem beschrieben: Der Kontaktstifte möge gegenüber
der Skala .9k so eingestellt sein, daß der Schreibimpuls, welcher an die Klemmen
A geführt wird, sofern er im Sollwert kommt, in die Lücke I_ zwischen die Kontaktbahnen
fällt. Liegt nun der Istwert unterhalb des Sollwertes, so führt der vom Schreiber
erzeugte Istimpuls, bei der angegebenen Drehrichtung der Anordnung zur Schließung
des Relais g, da der Stromkreis zwischen den Klemmen .-1 über die Kontaktbahn b,
Kontaktstift c und e sowie Relais g geschlossen ist.
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Liegt der Istwert oberhalb des Sollwertes, so ist im Augenblick des
Eintreffens des Istimpulses der Stromkreis über Kontaktstift e, Kontaktbahn
b und Relais f
geschlossen, so daß dieses anspricht.
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Zusammenfassend ergibt sich damit folgendes Bild Fällt der Istwert
mit dem Sollwert zusammen, so spricht keines der Relais an, da der Impuls gerade
in die Lücke L der Kontaktbahn b fällt. Liegt der Istwert unterhalb
des Sollwertes, so spricht das Relais g an. Liegt der Istwert oberhalb des Sollwertes,
so spricht das Relaisfan.
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Soll nun der Regler analog dem Fallbügelregler arbeiten, so muß dafür
gesorgt werden, daß der jeweilige Relaiskreis so lange geschlossen bleibt, bis der
Sollwert erreicht wird.
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Diese Forderung wird dadurch erfüllt, daß man Haftrelais einsetzt,
deren Haftdauer so groß gewählt ist, daß die Relais f und g erst abfallen, nachdem
der weitere Impuls erfolgt sein könnte. Die Haftdauer bemißt sich also nach der
Umlaufgeschwindigkeit des Schreibstiftes. Selbstverständlich kann statt der zwei
Haftrelais auch ein polarisiertes Relais Verwendung finden, was dann zwei Kontaktbahnen
am Schreiber voraussetzen würde.
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Eine praktische Anwendungsmöglichkeit des oben geschilderten Prinzips
zeigt Fig. 2. Der Schreiber ist hier in bekannter Weise mit einem- endlosen, Band
B ausgerüstet, welches den Schreibstift a trägt, so daß dieser bei Umlauf des Bandes
laufend über die plane Schreibfläche .P geführt wird.
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Gemäß der Erfindung wird hierbei das endlose Band B mit der
Kontaktbahn b versehen, der Kontakt e verschiebbar an der Skala Sk des Schreibers
angeordnet und ferner die Lücken L in der Kontaktbahn b in Umlaufrichtung des endlosen
Bandes so angeordnet, daß diese mit dem Schreibstift a zusammenfallen oder um 18o°
gegen diesen versetzt sind.
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Ferner sind wiederum zwei Kontaktstifte c und d um 18o° versetzt,
d. h. also etwa am Anfang und am Ende der Schreibbreite fest angeordnet. Die Schaltung
der Kontaktstifte c, d und e mit zwei Relais sowie dem Ausgang A des Schreibers
ist in der gleichen Weise durchzuführen, wie in Fig. 1 gezeigt.
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Die Zeichnung Fig. 2 ist so zu verstehen, daß die Skala auf den gestrichelt
gezeichneten Linien entlang zum Einbauzustand zu führen ist. Die Skala liegt also
bei zusammengestelltem Gerät vor dem endlosen Band B, so daß die Kontaktspitze von
e auf der Kontaktbahn b anliegt.
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Neben dem konstruktiv einfachen Aufbau hat diese Anordnung den ganz
wesentlichen Vorteil, daß der Kontaktstift e gegenüber der für den Schreiber vorhandenen
Skala Sk verschoben werden kann und die Sollwertablesung bereits auf dieser Skala
durch die Stellung des Kontaktes e gekennzeichnet ist. Der geforderte Synchronismus
zwischen Kontaktbahn b und Schreibstift. a ist ohne Lose zwangsläufig gegeben.
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Will man mehrere Meßgrößen schreiben und nach diesen regeln, so sind
lediglich mehrere Kontakte e auf der Skala Sk anzubringen, die über mehrere Relaisglieder
mit den festen Kontakten c und d und mit einem zyklisch arbeitenden Schalter derart
mit dem Ausgang A des Schreibers verbunden sind, daß synchron mit der Umschaltung
der Meßgrößeneingänge des Schreibers die Kontakte c mit ihren Relaisgliedern in
den Schreiberausgang A geschaltet werden. In diesem Falle müssen selbstverständlich
die Haftrelais so- ausgebildet sein, daß die Haftdauer gemäß der oben angeführten
Forderung mehreren Schreibstiftumläufen entspricht.
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Da die Leistung des Schreibimpulses relativ gering ist, erfordert
es erheblichen konstruktiven Aufwand, Haftrelais einzusetzen, die den geforderten
Bedingungen genügen. Es wird daher in weiteren Ausgestaltungen der Erfindung eine
Relaisanordnung angegeben, die in sehr einfacher Weise in Verbindung mit den Bauelementen
des Schreibers die Funktion von Haftrelais übernehmen.
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Ein erfindungsgemäßes Relaisglied ist in Fig.3 und q. beispielsweise
dargestellt. Ein Quecksilberschaltrohr Q mit den Arbeitskontakten E ist drehbar
mittels eines Hebels Hl angeordnet. f iemäß Fig. 3 wird der Hebel H, durch eine
Magnetklinke HZ so gestützt, daß die Arbeitskontakte K unterbrochen sind. Die Magnetklinke
H2 kann mittels eines elektrischen Impulses, der auf die Klemmen E der Spule SP
gegeben wird, ausgelöst werden, so daß der Hebel Hl bei entsprechender Stellung
der Nockenscheibe.V in waagerechte Stellung -Eincc fällt, in der
die
Arbeitskontakte 1i geschlossen sind, was in Fig. 4 dargestellt ist. Durch die in
Abhängigkeit vom Schreibstiftumlauf laufende Nockenscheibe N wird der Hebel Hl periodisch
angehoben und jeweils durch die Klinke H2 in der Stellung »Aus« verklinkt, in der
er so lange verharrt, bis er durch Eintreffen eines Impulses wieder in die stabile
Lage »Ein« gebracht wird, in welcher er verharrt, bis er durch die Nockenscheibe
N wieder in die Stellung »Aus« umgeschaltet wird, in welcher er durch Verklinkung
wieder so lange bleibt, bis ein erneuter Impuls an die Spule Sp gelangt.
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Gemäß der Erfindung wird als Stromimpuls in der Spule Sp der Istimpuls
des Schreibers verwendet, während die Nockenscheibe N synchron mit dem Schreibstift
läuft und das Relais jeweils nach einer Zeit, welche kleiner ist als die Zeit des
Schreibstiftumlaufes, (bei Regelung und Registrierung einer Größe) wieder in die
Stellung »Aus« bringt.
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Der Nachteil dieser Anordnung ist der, daß auch bei dauernder Abweichung
vom Sollwert das Relais stets für kurze Zeit geöffnet wird, während es dauernd geschlossen
bleiben sollte. -Um diesen Nachteil zu beseitigen, werden gemäß einer weiteren Ausgestaltung
der Erfindung zwei derartige Relais mit parallel geschalteten Arbeitskontakten eingesetzt
und derart in den Schreiberausgang A gelegt sowie der Umlauf der die Relais in die
Stellung »Aus« zurückführenden Nocken so bemessen, daß die Relais jeweils abwechselnd
in die Magnetklinke gehoben werden.
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Die Funktion dieser Anordnung ist also die, daß jeweils eines der
beiden Relais den Arbeitsstromkreis während der Zeit geschlossen hält, in der das
andere Relais durch Anheben in die Stellung »Aus« empfangsbereit wird für einen
weiteren, gegebenenfalls erfolgenden Impuls. Kommt dieser, so schließt sich dieses
Relais wiederum, und es kann das erste Relais in die Stellung »Aus« zurückgeführt
werden, ohne den Arbeitsstromkreis zu unterbrechen. Erfolgt kein weiterer Impuls,
was bei Erreichen des Sollwertes der Fall ist, so werden beide Relais nacheinander
in die Stellung >,Aus« gebracht, in welcher sie so länge verharren, bis wieder ein
Impuls erfolgt.
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Sind die häufige Betätigung der Quecksilberschalter und das Erfordernis,
jeweils zwei Quecksilberschalter für ein Relaisglied zu verwenden, wie es die oben
geschilderte Anordnung gemäß Fig. 3 und q. bedingt, unerwünscht, so kann nach einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung eine Anordnung, die im Prinzip in Fig. 5 dargestellt,
ist in Anwendung gebracht werden, bei der nur ein Quecksilberschalter notwendig
ist, welcher nur jeweils bei der Umschaltung zwischen »Ein« und »Aus« umgelegt wird.
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Der Hebel Hl, welcher den Quecksilberschalter Q trägt, ist über eine
Verbindungsstange H4 mit einem Hebel H3 gekoppelt. Eine Omegafeder F2 macht diese
Kopplung elastisch, so daß sich der Hebel H3 unabhängig von der Stellung des Hebels
Hl unter der Einwirkung des Nockens der Nockenscheibe N nach oben und bei Ablauf
des Nockens und Entsperrung an der Magnetklinke HZ unter Wirkung der Schwerkraft
in waagerechte Lage (gestrichelt gezeichnet) bewegen kann. Solange die Klinke Hz
sperrt, befindet sich der Hebel H3 und damit Hl in schräger Lage, so daß die Quecksilberschaltröhre
Q ausgeschaltet ist. Kommt auf die Spule Sp, beispielsweise in dem Zeitpunkt, in
dem der Nocken N nach links zeigt, ein Impuls, so fällt der Hebel H3 in waagerechte
Lage. Die Omegafeder FZ wird gespannt und läßt den Hebel Hl, sobald die Lücke des
Kragens Kr an dem Stift S1 vorüberkommt, was nach einer weiteren Vierteldrehung
der N ockenscheibe .N' der Fall ist, in waagerechte Lage fallen (gestrichelt gezeichnet),
so daß die Quecksilberschaltröhre schließt. Bei weiterer Umdrehung der Nockenscheibe
N' wird der Hebel H3 wieder von dem Nocken angehoben und durch den Relaisanker H2
verklinkt. Die Schaltröhre Q kann jedoch dieser Bewegung nicht folgen, da der Stift
S1 gegen den Kragen Kr anliegt; sie verbleibt in der waagerechten Lage so lange,
wie regelmäßig bei dem Durchgang des Nockens durch seine linke Stellung ein Impuls
auf das Relais Sp gegeben wird. Bleibt dieser Impuls aus, so springt der Hebel Hl
beim nächsten Durchgang der Lücke im Kragen Kr wieder in die schräge »Aus«
-Stellung, in der er nun so lange verbleibt, wie die Impulse ausbleiben.
Es ist somit erreicht, daß über die ganze Zeit, in welcher die Impulse ausbleiben,
die Quecksilberschaltröhre Q sich in »Aus<<-Stellung befindet, während sie
über die ganze Zeit, in der Impulse regelmäßig eintreffen, in »Ein«-Stellung steht.
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Wird als Kraftschaltglied für den Regler ein Stellmotor gewählt, so
ist es notwendig, die Anordnung so zu treffen, daß dieser unterhalb des Sollwertes
in der einen Richtung, oberhalb des Sollwertes in der anderen Richtung und im Sollwert
gar nicht gedreht wird. Bekanntlich arbeitet ein Regler mit einem derartigen Stellmotor
um so ruhiger, je größer der Bereich gewählt wird, in welchem der Stellmotor nicht
mit Strom beschickt wird. Andererseits ist diese Art, einen Regler zu beruhigen,
zwangsläufig verbunden mit einer kleineren Ansprechempfindlichkeit und damit unter
Umständen mit einer schlechteren Regelgenauigkeit. Praktisch lassen sich für jede
Regelstrecke im allgemeinen als Kompromiß zwischen Änsprechempfindlichkeit und ruhiger
Arbeitsweise optimale Verhältnisse einstellen.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist dies bei der vorliegenden
Anordnung in sehr einfacher Weise dadurch ermöglicht, daß bei gegebener Lückenbreite
L zwischen den Kontaktbahnen b die Breite des Kontaktstiftes e verstellbar
gemacht ist. Schmaler Kontaktstift e ergibt dann geringe Ansprechempfindlichkeit
und ruhige Arbeitsweise des Reglers. Vergrößerung der Kontaktbreite vergrößert die
Ansprechempfindlichkeit und vermindert die ruhige Arbeitsweise.