DEP0052472DA - Einrichtung zur elektrischen Messung, Steuerung und Regelung - Google Patents

Description

Bei der Ausführung von elektrischen Mess-, Steuer- und Regelanordnungen für Temperatur, Lichtstärken, Farbwerte usw. entstehen häufig Schwierigkeiten durch den Umstand, daß die Fühler, die den zu messenden, zu steuernden oder zu regelnden Wert ermitteln, nur sehr kleine Spannung liefern, die nur mit empfindlichen, niederohmigen, für den praktischen Betrieb oft kaum brauchbaren Instrumenten gemessen werden können und zur Impulsgabe für Steuer- und Regelzwecke schlecht geeignet sind. Der naheliegende Weg, die geringe Impulsleistung dieser Fühler mit üblichen Mitteln zu verstärken, zeigt sich oft als nicht gangbar. Z.B. liefern Thermoelemente für Temperaturüberwachung oder<Nicht lesbar> (Sperrschichtphotozellen, im folgenden auch einfach mit "Photozellen" bezeichnet) für die Überwachung von Lichtwerten zwar einen Strom, der an sich betrachtet, unter der Voraussetzung einer ausreichend hohen Spannung eine Messung oder Relaissteuerung zulassen würde. Die erhaltene Spannung ist aber so gering, daß nur äusserst empfindliche Relais betrieben werden können und eine Verstärkung des Steuerimpulses durch übliche hochohmige Röhrenverstärker kaum möglich ist.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß dann, wenn es gelingt, die vorgenannten elektrischen Fühler mit geringer Ausgangsimpendanz zunächst mit einem Verstärker zu kombinieren, dessen Eingang ebenfalls niederohmig ist, der weiteren Auswertung der erhaltenen Meßgrößen durch übliche Meßgeräte, Verstärker, Relais usw. mit hochohmigen Eingang keine Schwierigkeiten mehr entgegenstehen. Die Erfindung besteht daher darin, daß die in den Stromkreisen geringer Impendanz erzeugter Ströme durch Halbleiterverstärkeranordnungen in entsprechende oder stärkere Ströme in einem Sekundärstromkreis mit höherer Impendanz umgewandelt werden.

Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Halbleiterverstärker sind in ihrer Bauart den Kristalldetekroren ähnlich. Sie bestehen z.B. aus einem Kristall 1 - besonders hat sich hierfür Germanium bewährt - der z.B. auf einem Metallblock 2 aufgebracht ist und mit dem zwei dünne drahtförmige Elektroden 3 und 4, die beispielsweise aus Wolfram bestehen, in Kontakt gebracht sind. Die Kontaktstellen der beiden Elektroden 3 und 4 liegen sehr nahe beieinander. Der Elektrode 3 (Steuerelektrode) wird in Durchflußrichtung des Kristalls durch die Spannungsquelle 7 eine Vorspannung von der Größenordnung 1 V aufgedrückt, während die Elektrode 4 (Abnahmeelektrode) in Sperrichtung durch die Spannungsquelle 8 eine Vorspannung der Größenordnung 50 V erhält.

Änderungen des durch die Steuerelektrode 3 fließenden Vorwärtsstromes verursachen eine größere Änderung des durch die Abnahmeelektrode 4 fließenden Sekundärstromes. Im Widerstand 5, der im Stromkreis der Abnahmeelektrode liegt (Sekundärstromkreis), entsteht daher ein Spannungsabfall U(sub)a, dessen Höhe abhängig ist von dem durch die Steuerelektrode 3 fließenden Primär-Strom. Dieser Spannungsabfall hat eine Größenordnung von einigen Volt, also eine Größe, mit der sich auch weniger empfindliche Messinstrumente, Relais usw. betreiben lassen und die durch beliebige Röhrenverstärker weiter verstärkt werden können.

Es ist also durch die Erfindung möglich, die geringen Stromimpulse, beispielsweise eines Thermoelementes 6, das in den Primär-Stromkreis mit niedriger Impendanz des Halbleiterverstärkers eingeschaltet ist, in erheblich höhere Stromimpulse des Sekundär-Kreises mit hoher Impendanz zu übersetzen und dadurch die technische Durchführung von Messungen und Regelungen erheblich zu vereinfachen.

Anwendungsbeispiele der Erfindung sind unter anderem: Temperaturregelung, z.B. bei Durchlauföfen für sehr empfindliches Gut mit Hilfe von Thermoelementen oder Photozellen; Steuerung und Regelung von maschinellen Vorgängen mit Hilfe von Photozellen, wie z.B. Steuerung der Scheeren von Walzenstraßen, Steuerung automatisch arbeitender Maschinen, wie Verpackungsmaschinen, Werkzeugmaschinen, Regelung von Papiermaschinen, Haspeln usw., Betätigung von Zählvorrichtungen usw... Von besonderer Bedeutung ist die Erfindung, wenn es sich darum handelt, Steuerung und Regelung zu entwickeln, bei denen die Trägheit mechanischer Zwischenglieder weitgehend ausgeschaltet werden soll. Die Erfindung gibt die Möglichkeit, schwache Steuerimpulse, wie sie von Thermoelementen, Photozellen usw. herrühren, praktisch trägheitslos zu verstärken, so daß diese Impulse ohne mechanische Zwischenglieder (Relais usw.) zur Steuerung von Hochvakuumgefäßen oder Gasentladungsgefäßen dienen können und damit unmittelbar die elektrische Energie zu beeinflussen (z.B. ihre Stromstärke, Spannung, oder Frequenz), die einer zu regelnden Maschine zugeführt wird. So kann man beispielsweise unmittelbar ohne Zwischenschaltung mechanischer Glieder den Heizstrom von

Öfen regeln oder die Ankerspannung eines Gleichstromantriebes oder die einem Drehstromantrieb zugeführte Frequenz oder die Anodenspannung und/oder Abstimmung eines Hochfrequenz-Generators, der für die kapazitive Erwärmung eine Dielektrikums oder für die induktive Erwärmung von Metallen benötigte Hochfrequenz-Energie liefert. Das letztere Beispiel ist für die Vorteile der Erfindung besonders charakteristisch. Durch die Hochfrequenz-Erhitzung von Metallen wird bekanntlich nur eine Oberflächenerwärmung erstrebt, die im allgemeinen nur sehr kurze Zeit andauern soll. Mit einer Anordnung nach der vorliegenden Erfindung ist es möglich, diese Oberflächentemperatur beispielsweise durch Photozellen oder durch Thermoelemente zu überwachen und die vom Hochfrequenz-Generator abgegebene Leistung ohne Verzögerung nach Maßgabe dieser Oberflächentemperatur zu steuern.

Claims (7)

1. Einrichtung zum elektrischen Messen, Steuern und Regeln von Prozessen, bei denen zum Abtasten der veränderlichen Meßgröße elektrische Fühler (Thermoelemente, Photoelemente usw.) verwendet werden, die in einem Stromkreis geringer Impendanz elektrische Ströme erzeugen, deren Stärke abhängig ist von der veränderlichen Meßgröße, dadurch gekennzeichnet, daß diese Ströme durch Halbleiterverstärkeranordnungen in entsprechende oder stärker Ströme in einem Sekundär-Stromkreis mit höherer Impendanz umgewandelt werden.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Sekundärkreis des Halbleiterverstärkers Messinstrumente, z.B. hochohmige Volt-Meter, gelegt sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Ströme und Spannungen in dem Sekundärstromkreis des Halbleiterverstärkers Steuermittel, z.B. Relais und dergleichen, beeinflußt werden.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ströme und Spannungen des Sekundär-Stromkreises des Halbleiterverstärkers durch Röhrenverstärkereinrichtungen üblicher Bauart weiter verstärkt werden.

5. Einrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Anwendung für die trägheitsarme Regelung elektrisch betriebener Einrichtungen, z.B. der Stromstärke und/oder Abstimmung elektrischer Öfen, der Drehzahl elektrischer Antriebe.

6. Einrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke oder Spannungen des Sekundärkreises des Halbleiterverstärkers unmittelbar oder mittelbar über weitere praktisch trägheitslose Verstärkerstufen Hochvakuum- oder Gasentladungsröhren derart steuern, daß dadurch die den elektrisch betriebenen Einrichtungen zugeführte Energie, z.B. ihr Stromstärke, Spannung oder Frequenz, im Sinne einer gewünschten Regelaufgabe verändert wird.

7. Die Anwendung der Einrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche zur Überwachung und Steuerung des Hochfrequenz-Erhitzungsprozesses von Metalloberflächen mittels Thermoelementes, Photoelementen und dergleichen.