Elektrische Regeleinrichtung mit elastischer Rückführung. Es sind bereits Regeleinrielltungen mit elastischer Rückführung bekannt, bei denen gleichzeitig mit der Betätigung des Regel- organes die feststehenden Kontakte eines von der Regelgrösse beeinflussten Messwerkes ver stellt werden und dadurch das Regelorgan nach kurzer Laufzeit wieder abgeschaltet wird. Die Verstellung der Kontakte wird ent weder durch einen elektrischen Antrieb oder durch ein wärmeempfindliches Organ, z. B. einen Bimetallstreifen, bewirkt.
In beiden Fällen werden die Kontakte nach Unterbre chung derselben verzögert wieder in ihre Ruhelage zurückgeführt. Solche elastischen Rückführungen können für astatisch wir kende Regeleinriehtungen gute Dienste lei- qten, sind aber für statische Regelsysteme nicht geeignet.
Für statische Regelsysteme anderseits sind elastische Rückführeinrich- tungen bekanntgeworden, bei denen ein in einem Messkreis liegender Regelwiderstand oder ein Potentiometer durel-i einen Jektri- sehen Antrieb oder ein wärmeempfindliches Organ gleichzeitig mit dem Regelorgan ver stellt und hierauf selbsttätig in die Rulielage zurückgeführt wird.
Die Einrichtungen haben den Nachteil, dass sie einen weiteren Schleif- oder Abgreifkontakt in den Messkreis einfüh ren, dessen Übergangswiderstand und mecha nische Reibung die Regelgenauigkeit'ungün- stig beeinflussen.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht, eine äusserst einfache und betriebssieliere ela- stisehe Rückführung für statische Regel- systeme zu schaffen, die die genannten Nach teile nicht aufweist.
Die elektrische Regel vorrichtung mit elastischer Rückführung ist dadurch gekennzeichnet, dass in die zwei Messstromkreise eines ein Regelorgan beherr schenden Steuergerätes<B>je</B> ein temperaturab hängiger, elektrischer Widerstand einge schaltet ist, von denen der eine beim lüffnen und der andere beim Schliessen des Regelor- ganes beheizt wird, und zwar derart, dass innerhalb eines vorbestimmten'Regulierbe- reiches das Steuergerät infolge der durch diese Beheizung entstehenden Widerstands zunahme.
in dem einen Messkreis in seine Mittellage zurückkehrt, bevor der Sollwert der Regelgrösse erreicht ist.
In der Zeichnung sind Ausführungsbei spiele der Erfindung dargestellt.
Fig. <B>1</B> zeigt das Schaltungsschema einer Temperatur-Regelanlage; Fig. 2 zeigt ein weiteres Schaltungs schema für denselben Zweck mit anderer Schaltung der Heizwiderstände; Fig. <B>3</B> zeigt den Aufbau eines Heizele mentes.
Im Schema Fig. <B>1</B> bedeuten 31 ein Mess- gerät, <B>D</B> ein Differentialrelais, <B>B</B> ein Regel ventil,<I>HI,</I> H2 Heizelemente und Ea, Eb die Stromquelle. Das als Steuergerät dienende Differen-halrelais <B>D</B> weist einen um den Punkt<B>1</B> schwenkbaren Magnetanker 2 auf, an dem eine zwischen zwei Kontakten<B>3,</B> 4 bewegliche Kontaktzunge <B>5</B> befestigt ist.
Die beiden Schenkel des Magnetankers 2 tauchen in<B>je</B> eine Erregerspule, von denen die eine <B>6</B> mit einem temperaturabhängigen Wider stand<B>8</B> und mit dem Geberwiderstand<B>15</B> des Messgerätes M und die andere<B>7</B> mit einem zweiten temperaturabhängigen Widerstand <B>11</B> und einem Einstellwiderstand 14 in Reihe geschaltet und an die Stromquelle Ea, Eb angeschlossen ist. Die beschriebenen Strom kreise sind die zwei Messkreise des Differen tialrelais.
Das Messgerät M weist im übrigen einen Wärmefühler<B>16,</B> einen Federbalg<B>17</B> und einen um den Punkt<B>18</B> schwenkbaren Kontaktarm<B>19</B> auf, der in Abhängigkeit von der Temperatur am Wärmefühler auf und ab bewegt wird. Die beiden Heizelemente Hl, H2 werden durch Heizwiderstände<B>9,</B> 12 be heizt, deren Heizströme durch Regelwider stände<B>10, 13</B> einstellbar sind.
Das Regelventil R ist mit einem Antriebs- Motor 20 versehen, der vorwärts oder rück wärts läuft,<B>je</B> nachdem die Erregerwicklung 21 oder 22 eingeschaltet ist.<B>23</B> und 24 sind Endsch-,dier, die in den Endlagen des Regel- organes den Antriebsmotor abschalten.<B>25</B> ist das eigentliche Ventil, das den Heiss- wasserzufluss regelt.
Die Wirkungsweise der RegeleinricUtung nach Fig. <B>1</B> ist die folgende: Der Anker 2 des Differentialrelais<B>D</B> befindet sieh beim Sollwert der Regelgrösse in der eingezeiehne- ten Mittellage, -wobei die Ströme in den bei den Erregerspulen<B>6</B> und<B>7</B> gleich gross sind. Die Kontaktzunge<B>5</B> berührt hierbei keinen der beiden Kontakte<B>3</B> oder 4 und der Regel antrieb<B>B</B> sowie die Heizwiderstände <B>9</B> und 12 sind stromlos.
Ist die Temperatur am Wärmefühler<B>16 zu</B> hoch, so ist der Wider stand<B>15</B> grösser als es dem Sollwert ent spricht, wodurch der Strom in der Erreger spule<B>6</B> kleiner als der in der Spule<B>7</B> ist und der Kontakt<B>3</B> geschlossen wird. Hier durch wird der Motor 20 des Regelventils R eingeschaltet und das Ventil im Sehliesssinne verstellt.
Gleichzeitig wird auch der Ileiz- widerstand 12 des Ileizelementes 1:12 einge schaltet und der Widerstand von<B>11</B> nach kurzer Aufheizzeit erhöht, bis das Gleichge- wiellt der Ströme in den Erregerspulen<B>6</B> und<B>7</B> des Differentialrelais wieder hergestellt ist und der Kontakt<B>3</B> geöffnet wird. Das Regelventil kommt also infolge Zunahme des Widerstandes<B>11</B> nach kurzer Verstellzeit selbsttätio- wieder zur Ruhe.
Durch entspre chende Einstellung der Widerstände<B>10</B> und <B>13</B> kann die Aufheizzeit und die Aufheiz- temperatur der Ileizelemente HI und<B>H-9</B> und damit auch der Bereich der Rückführung den Verhältnissen angepasst werden. Durch Ver ändern der Masse und der Abkühlungsver hältnisse (Wärnieisolierung) der Heizele mente ist eine weitere Beeinflussung der Chara,1-,teristil-, der Rückführung möglich.
Die Regeleimichtung nach Fig. <B>1</B> ist mit zwei Endschaltern <B>23'</B> und 24' ausgerüstet, die den Zweek haben, bei Erreiehung der einen oder der andern Endstellung des Ven tils den Antriebsmotor ausser Betrieb zu setzen.
Dies kann aus Sieherheitsgründen dann notwendig werden, wenn die Abwei chung der Regelgrösse vom Sollwert abnormal gross ist, so dass das Gleichgewicht der Ströme im Differentialrelais durch die Widerstands zunahme an einem der Widerstände<B>8</B> oder<B>11</B> erst dann wieder eintritt, wenn die Abwei chung der Regelgrösse vom Sollwert auf Werte, die innerhalb eines normalen vorbe stimmten Regulierbereiches, dem seinerseits ein vorbestimmter Belastungsbereich der zu regelnden Anlage entspricht, liegen, zurück geführt ist.
Die Regeleinrivlitung nach Fig. 2 arbeitet im Prinzip gleich wie diejenige nach Fig. <B>1,</B> mit dem Untersehied, dass die Heizwider- stände <B>9'</B> und 12' nicht wie in Fig. <B>1</B> parallel zu den Motorwicklungen 21' und 22', sondern in Reihe zu diesen geschaltet sind.
Dies hat zur Folge, dass wenn bei abnormal grossen Abweichungen der Regelgrösse vom Sollwert die Endstellungen des Ventils erreicht wer den, also der vorbestimmte, normale Bela stungsbereich unter- oder überschritten wird, nicht nur der Antriebsmotor, sondern auch die Heizwicklungen<B>9'</B> oder 12' abgeschaltet wer den.
Somit wird die normale Regaliertätig- keit der Anordnung erst dann wieder möglich, wenn die Regelgrösse den Sollwert durchlau- èn hat, im Gegensatz zu der Einrichtung nach Fig. <B>1,</B> bei der die normale Regulier tätigkeit<B>-</B> wie beschrieben<B>-</B> bereits be ginnt, wenn die Grösse der Abweichung den einen oder andern Grenzwert des normalen Regulierbereiches erreicht hat. Die Anord nung nach Fig. <B>1</B> bietet in den meisten Fällen Vorzüge, da hierdurch einem Überregulieren vorgebeugt werden kann.
Gegenüber den bekannten, eingangs der Beschreibung bereits erwähnten Einriahtun- gen haben die beschriebenen Anordnungen den wesentlichen Vorteil, dass die temperatur abhängigen Widerstände<B>8</B> und<B>11</B> bezw. <B>8'</B> und 11' im abgekühlten Zustande bei gleicher Umgebungstemperatur stets auf den genau gleichen Widerstandswert zurückkehren, wo durch eine sehr genaue Regelung bezw. ge naue Einhaltung des Sollwertes möglich ist.
Werden bei der Rückführung Kontaktbür sten verstellt, so ergibt sich infolge Reibung stets eine gewisse meclianische, Hysterese und damit-eine Ungenauigkeit in der Einhaltung des Sollwertes.
Das in Fig. <B>3</B> dargestellte Heizelement besitzt ein emailliertes Metallrohr<B>26,</B> in wel chem ein schraubenlinienförmig gewickelter Heizwiderstand<B>27 (9,</B> 12,<B>9,</B> N') unterge bracht ist. Auf die Aussenseite des Rohres<B>26</B> ist<B>-</B> in die Emaille eingeschmolzen<B>-</B> der tempera,tura.bhängige Widerstand<B>28 (8, 11,</B> <B>8',</B> ll) gewickelt. Hierdurüh ergibt sich eine gut wärmeleitende Verbindung zwischen diesem und dem Metallrohr.
Zwecks guter Wärmeisolierung ist das Ganze in einem Glasrohr<B>29</B> untergebracht, wobei die Enden <B>30</B> und<B>31</B> des Heizwiderstandes<B>27</B> und die Enden<B>32</B> und<B>33</B> des temperaturabhängigen Widerstandes<B>28</B> in das Glas eingeschmolzen sind und die Röhre mehr oder weniger eva kuiert sein kann. Durch diese Anordnung wird die notwendige Heizleistung auf ein Minimum beschränkt und die Abkühlungs zeit verlängert.
Die beschriebene elaetische Rückführung mit beheizten Widerstandselementen kann natürlich. nicht nur in der in Fig. <B>1</B> und 2 dargestellten Schaltung, sondern z. B. auch in einer Brücken- oder Potentiometerschal- tung, wie solche für elektrische Regeleinrich tungen üblich sind, verwendet werden. Sie eignet sieli grundsätzlich zur Regelung irgendeiner physikalisch-technischen Grösse, wie Temperatur, Druck, Feuchtigkeit, Menge usw., wobei die Konstanten der Heizelemente und übrigen Elemente der Regeleinrichtung natürlieh den Verhältnissen anzupassen sind.
Electrical control device with elastic feedback. Control devices with elastic feedback are already known, in which the fixed contacts of a measuring mechanism influenced by the controlled variable are adjusted simultaneously with the actuation of the control element and the control element is thereby switched off again after a short running time. The adjustment of the contacts is ent neither by an electric drive or by a heat-sensitive organ such. B. a bimetal strip causes.
In both cases, the contacts are returned to their rest position with a delay after they have been interrupted. Such elastic feedbacks can be of good service for astatic control units, but are not suitable for static control systems.
For static control systems, on the other hand, elastic feedback devices have become known in which a control resistor or a potentiometer located in a measuring circuit adjusts a Jektri drive or a heat-sensitive device at the same time as the control device and is then automatically returned to the normal position.
The devices have the disadvantage that they introduce a further sliding or tapping contact into the measuring circuit, the contact resistance and mechanical friction of which have an unfavorable influence on the control accuracy.
The present invention makes it possible to create an extremely simple and operationally efficient elastic return for static control systems which does not have the disadvantages mentioned.
The electrical control device with elastic feedback is characterized in that a temperature-dependent electrical resistor is switched on in the two measuring circuits of a control device that controls a control element, one of which is switched on when opening and the other when Closing the regulating organ is heated, specifically in such a way that the control device increases within a predetermined regulating range as a result of the resistance resulting from this heating.
in which one measuring circuit returns to its central position before the setpoint of the controlled variable is reached.
In the drawing Ausführungsbei are shown games of the invention.
Fig. 1 shows the circuit diagram of a temperature control system; Fig. 2 shows a further circuit diagram for the same purpose with a different circuit of the heating resistors; Fig. 3 shows the structure of a heating element.
In the scheme Fig. 1, 31 denotes a measuring device, <B> D </B> a differential relay, <B> B </B> a control valve, <I> HI, </ I > H2 heating elements and Ea, Eb the power source. The differential half relay <B> D </B>, which serves as a control device, has a magnet armature 2 which can be pivoted about point <B> 1 </B> and on which one between two contacts <B> 3, </B> 4 is movable Contact tongue <B> 5 </B> is attached.
The two legs of the armature 2 are immersed in <B> each </B> an excitation coil, one of which <B> 6 </B> with a temperature-dependent resistance <B> 8 </B> and with the encoder resistance <B > 15 </B> of the measuring device M and the other <B> 7 </B> with a second temperature-dependent resistor <B> 11 </B> and a setting resistor 14 are connected in series and connected to the current source Ea, Eb. The circuits described are the two measuring circuits of the differential relay.
The measuring device M also has a heat sensor <B> 16 </B> a bellows <B> 17 </B> and a contact arm <B> 19 </B> pivotable about point <B> 18 </B> which is moved up and down depending on the temperature on the heat sensor. The two heating elements Hl, H2 are heated by heating resistors <B> 9, </B> 12, the heating currents of which can be set by control resistors <B> 10, 13 </B>.
The control valve R is provided with a drive motor 20, which runs forwards or backwards, <B> depending </B> after the excitation winding 21 or 22 is switched on. <B> 23 </B> and 24 are limit switches, They switch off the drive motor in the end positions of the control unit. <B> 25 </B> is the actual valve that regulates the flow of hot water.
The mode of operation of the control device according to FIG. 1 is as follows: The armature 2 of the differential relay <B> D </B> is located at the setpoint of the controlled variable in the drawn-in central position, with the currents in which are the same size for the excitation coils <B> 6 </B> and <B> 7 </B>. The contact tongue <B> 5 </B> does not touch either of the two contacts <B> 3 </B> or 4 and the control drive <B> B </B> and the heating resistors <B> 9 </B> and 12 are de-energized.
If the temperature at the heat sensor is <B> 16 too </B> high, the resistance <B> 15 </B> is greater than the setpoint, which means that the current in the exciter coil <B> 6 </ B> is smaller than that in the coil <B> 7 </B> and the contact <B> 3 </B> is closed. Here through the motor 20 of the control valve R is switched on and the valve is adjusted in the Sehliesssinne.
At the same time, the electrical resistance 12 of the electrical resistance 1:12 is switched on and the resistance of <B> 11 </B> is increased after a short heating time until the currents in the excitation coils <B> 6 </B> are constant and <B> 7 </B> of the differential relay is restored and contact <B> 3 </B> is opened. The control valve therefore automatically comes to rest again after a short adjustment time due to the increase in resistance.
By setting the resistors <B> 10 </B> and <B> 13 </B> accordingly, the heating time and the heating temperature of the heating elements HI and <B> H-9 </B> and thus also the area the return must be adapted to the circumstances. By changing the mass and the cooling ratios (thermal insulation) of the heating elements, it is possible to further influence the character, 1-, teristil-, and return.
The regulating device according to FIG. 1 is equipped with two limit switches 23 'and 24' which have the purpose of excluding the drive motor when one or the other end position of the valve is reached To put operation.
For reasons of security, this may be necessary if the deviation of the controlled variable from the setpoint is abnormally large, so that the equilibrium of the currents in the differential relay is caused by the increase in resistance at one of the resistors <B> 8 </B> or <B> 11 < / B> only occurs again when the deviation of the controlled variable from the setpoint is reduced to values that lie within a normal predetermined regulation range, which in turn corresponds to a predetermined load range of the system to be controlled.
The control system according to FIG. 2 works in principle in the same way as that according to FIG. 1, with the difference that the heating resistors 9 'and 12' are not as in FIG. <B> 1 </B> are connected in parallel to the motor windings 21 'and 22', but in series with them.
As a result, if the valve's end positions are reached in the event of abnormally large deviations of the controlled variable from the setpoint, i.e. the predetermined, normal load range is undershot or exceeded, not only the drive motor but also the heating coils <B> 9 ' </B> or 12 'switched off.
The normal racking activity of the arrangement is thus only possible again when the controlled variable has passed through the setpoint, in contrast to the device according to FIG. 1, in which the normal regulating activity <B> - </B> as described <B> - </B> already begins when the size of the deviation has reached one or the other limit value of the normal regulation range. The arrangement according to FIG. 1 offers advantages in most cases, since it can prevent overregulation.
Compared to the known devices already mentioned at the beginning of the description, the described arrangements have the significant advantage that the temperature-dependent resistors <B> 8 </B> and <B> 11 </B> respectively. <B> 8 '</B> and 11' always return to exactly the same resistance value in the cooled state at the same ambient temperature. exact adherence to the setpoint is possible.
If contact brushes are adjusted during the return, the friction always results in a certain mechanical, hysteresis and thus an inaccuracy in maintaining the setpoint.
The heating element shown in FIG. 3 has an enamelled metal tube <B> 26, </B> in which a helically wound heating resistor <B> 27 (9, </B> 12, <B> 9, </B> N ') is accommodated. On the outside of the pipe <B> 26 </B> <B> - </B> is melted into the enamel <B> - </B> the tempera, tura.-dependent resistance <B> 28 (8, 11, </B> <B> 8 ', </B> ll) wrapped. This results in a good heat-conducting connection between this and the metal pipe.
For the purpose of good thermal insulation, the whole thing is housed in a glass tube <B> 29 </B>, with the ends <B> 30 </B> and <B> 31 </B> of the heating resistor <B> 27 </B> and the ends <B> 32 </B> and <B> 33 </B> of the temperature-dependent resistor <B> 28 </B> are melted into the glass and the tube can be more or less evacuated. This arrangement reduces the required heating power to a minimum and extends the cooling time.
The described elastic return with heated resistance elements can of course. not only in the circuit shown in FIGS. 1 and 2, but e.g. B. can also be used in a bridge or potentiometer circuit, such as those used for electrical control devices. It is basically suitable for regulating any physical-technical variable, such as temperature, pressure, humidity, quantity, etc., with the constants of the heating elements and other elements of the regulating device naturally being adapted to the circumstances.