DEP0052472DA

DEP0052472DA - Device for electrical measurement, control and regulation

Info

Publication number: DEP0052472DA
Authority: DE
Inventors: Hellmut Dipl.-Ing. Schloß Borstel über Bad Oldesloe Bayha
Original assignee: Siemens Schuckertwerke AG
Current assignee: Siemens Schuckertwerke AG
Publication date: 1951-03-15

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.When implementing electrical measuring, control and regulating arrangements for temperature, light intensity, color values, etc., difficulties often arise due to the fact that the sensors that determine the value to be measured, controlled or regulated only supply very low voltages, which can only be measured with sensitive, low-resistance instruments that are often hardly usable for practical operation and are poorly suited for generating pulses for control purposes. The obvious way to amplify the low pulse power of these sensors by conventional means often turns out to be impractical. For example, thermocouples for temperature monitoring or <not readable> (barrier layer photocells, also referred to simply as "photocells" in the following) for monitoring light values provide a current that would allow a measurement or relay control, given a sufficiently high voltage . The tension received but it is so small that only extremely sensitive relays can be operated and amplification of the control pulse by conventional high-impedance tube amplifiers is hardly possible.

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.The invention is based on the knowledge that if it is possible to combine the aforementioned electrical sensors with a low output impedance initially with an amplifier, the input of which is also low-resistance, the further evaluation of the measured variables obtained by conventional measuring devices, amplifiers, relays, etc. with a high-resistance input there are no longer any difficulties. The invention therefore consists in that the currents generated in the circuits of low impedance are converted by semiconductor amplifier arrangements into corresponding or stronger currents in a secondary circuit with higher impedance.

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.An exemplary embodiment of the invention is shown in the drawing. The semiconductor amplifiers are similar in design to the crystal detectors. They consist, for example, of a crystal 1 - germanium has proven particularly useful for this purpose - which is applied to a metal block 2 and with which two thin wire-shaped electrodes 3 and 4, which consist of tungsten, for example, are brought into contact. The contact points of the two electrodes 3 and 4 are very close to one another. The electrode 3 (control electrode) receives a bias voltage of the order of magnitude 1 V in the flow direction of the crystal through the voltage source 7, while the electrode 4 (pick-up electrode) receives a bias voltage of the order of 50 V in the reverse direction from the voltage source 8.

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.Changes in the forward current flowing through the control electrode 3 cause a greater change in the secondary current flowing through the pickup electrode 4. In the resistor 5, which is in the circuit of the pickup electrode (secondary circuit), there is therefore a voltage drop U (sub) a, the level of which depends on the primary current flowing through the control electrode 3. This voltage drop is of the order of a few volts, i.e. a size with which less sensitive measuring instruments, relays, etc. can be operated and which can be further amplified by any tube amplifier.

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.It is thus possible through the invention to translate the low current pulses, for example a thermocouple 6, which is switched into the primary circuit with low impedance of the semiconductor amplifier, into significantly higher current pulses of the secondary circuit with high impedance and thereby the technical implementation of To simplify measurements and regulations considerably.

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 vonExamples of application of the invention include: temperature control, e.g. in continuous ovens for very sensitive goods with the aid of thermocouples or photocells; Control and regulation of machine processes with the help of photocells, such as control of the shears of roller lines, control of automatically operating machines such as packaging machines, machine tools, regulation of paper machines, reels, etc., actuation of counting devices, etc. The invention is of particular importance when it comes to developing control and regulation in which the inertia of mechanical intermediate links should be largely eliminated. The invention enables weak control pulses, such as those from thermocouples, photocells, etc., to be amplified with practically no inertia, so that these pulses can be used to control high-vacuum vessels or gas discharge vessels without mechanical links (relays, etc.) and thus directly generate electrical energy to influence (e.g. its current strength, voltage, or frequency) that is fed to a machine to be controlled. For example, the heating current from

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.Control furnaces or the armature voltage of a direct current drive or the frequency fed to a three-phase drive or the anode voltage and / or coordination of a high-frequency generator that supplies a dielectric for capacitive heating or high-frequency energy required for inductive heating of metals. The latter example is particularly characteristic of the advantages of the invention. As is known, the high-frequency heating of metals only strives for surface heating, which in general should only last for a very short time. With an arrangement according to the present invention, it is possible to monitor this surface temperature, for example by photocells or thermocouples, and to control the power delivered by the high-frequency generator without delay in accordance with this surface temperature.

Claims

1. Device for electrical measurement, control and regulation of processes in which electrical sensors (thermocouples, photo elements, etc.) are used to scan the variable measured variable, which generate electrical currents in a circuit of low impedance, the strength of which is dependent on the variable measured variable , characterized in that these currents are converted by semiconductor amplifier arrangements into corresponding or stronger currents in a secondary circuit with higher impedance.

2. Device according to claim 1, characterized in that measuring instruments, e.g. high-resistance voltmeters, are placed in the secondary circuit of the semiconductor amplifier.

3. Device according to claim 1, characterized in that control means, e.g. relays and the like, are influenced by the currents and voltages in the secondary circuit of the semiconductor amplifier.

4. Device according to claim 1, characterized in that the currents and voltages of the secondary circuit of the semiconductor amplifier are further amplified by tube amplifier devices of conventional design.

5. Device according to claim 1 or one of the following claims, characterized by the application for the low-inertia control of electrically operated devices, e.g. the current strength and / or coordination of electric ovens, the speed of electric drives.

6. Device according to claim 1 or one of the following claims, characterized in that the strength or voltages of the secondary circuit of the semiconductor amplifier directly or indirectly control high vacuum or gas discharge tubes via further practically inertia-free amplifier stages in such a way that thereby the energy supplied to the electrically operated devices, for example its current strength, voltage or frequency is changed in the sense of a desired control task.

7. The use of the device according to claim 1 or one of the following claims for monitoring and controlling the high-frequency heating process of metal surfaces by means of thermocouples, photo elements and the like.