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Meßwerkregler Die Erfindung betrifft einen Meßwerkregler mit einem
ersten Zeiger zur Anzeige des Istwertes der Regelgröße, einem zweiten Zeiger mit
einer den Sollwert anzeigenden Marke, einem zwei Fühlerelemente tragenden, eine
Schwingbewegung ausführenden Träger, innerhalb dessen Schwingbereichs die Stellung
von Ist- und Sollwertzeiger relativ zueinander abgetastet wird, mit einem Relais
zur Steuerung des Stellglieds proportional zur Regelabweichung in Abhängigkeit von
der Stellung des Istwertzeigers in dem überstrichenen Bereich während einer durch
die Schwingperiode des Trägers bestimmten Zeitspanne.
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Bekannte Meßwerkregler arbeiten halbkontinuierlich. Es wird dabei
auf der Meßskala eine Marke auf den Sollwert der Regelgröße einstellt, während ein
Istwertzeiger den Istwert dieser Größe anzeigt. In Abhängigkeit von der Differenz
zwischen diesen beiden Werten, der Regelabweichung, wird die Stellgröße für eine
bestimmte Zeitspanne angeschaltet. Die Anschaltung erfolgt periodisch in konstanten
oder veränderlichen Zeitintervallen. Man erhält auf diese Weise einen scheinbaren
Wert der Stellgröße, der innerhalb des Proportionalbereichs ständig zwischen einem
Kleinstwert und einem Höchstwert schwankt, wobei der Höchstwert meistens den Wert
der Stellgröße selbst bildet (ständige Anschaltung). So bewirkt z. B. bei einem
mit einem Galvanometer versehenen Temperaturregler der Galvanometerzeiger das aufeinanderfolgende
An- und Abschalten der Heizleistung.
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Die Stellung des Istwertzeigers innerhalb des Proportionalbereichs
wird durch einen Fühler ermittelt, der innerhalb dieses Bereichs hin- und herbewegt
wird, wie dies beispielsweise aus der schweizerischen Patentschrift 325 269 bekannt
ist. Der Proportionalbereich umfaßt einen Teil der Skala und schließt die Marke
des Sollwertzeigers ein. Bei Ermittlung der Lage des Istwertzeigers wird ein als
Proportionalrelais bezeichnetes Relais betätigt, das seinerseits das Anschalten
der Leistung für eine Zeitspanne bewirkt, die von der Lage des Istwertzeigers des
Galvanometers im Proportionalbereich abhängt. Dadurch wird eine Proportionalregelung
erreicht. Das Anschalten erfolgt für jeden Lauf der Hin- und Herbewegung einmal,
so daß die scheinbare Leistung in dem Maß ansteigt oder absinkt, in dem der Istwertzeiger
und damit die Regelgröße sich vom einen Ende des Proportionalbereichs zum anderen
Ende verschieben.
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Die Ermittlung der Lage des Istwertzeigers im Proportionalbereich
kann in bekannter Weise durch Änderung der Kopplung zwischen zwei Spulen mittels
einer Platte erfolgen, die mit dem Istwertzeiger verbunden ist (USA.-Patentschrift
2733387). Es ist auch bekannt, statt dessen eine Fotozelle zu verwenden,
die einen elektrischen Strom in Abhängigkeit von der Stellung einer vor der Fotozelle
befindlichen Blende erzeugt oder beeinflußt, wobei die Blende einen auf die Fotozelle
gerichteten Lichtstrahl mehr oder weniger abdeckt.
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Regler dieser Art sind unter anderem aus der französisclen Patentschrift
1219 312 und der österreichischen Patentschrift 210 018 bekannt. Eine Zusammenstellung
verschiedener bekannter Methoden zum Abgreifen der Zeigerstellung eines Meßgerätes
befindet sich im übrigen in »Elektrotechnische Zeitschrift«, 1952, S. 207.
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In der Praxis stellt sich nur unter ganz bestimmten Betriebsbedingungen
der Istwert der Regelgröße auf den Sollwert ein. In der Regel ergibt sich eine Abweichung,
die häufig tragbar ist. In vielen Fällen ist diese Abweichung jedoch übermäßig groß,
und es muß eine integrierende Wirkung eingeführt werden. Bislang war man der Auffassung,
daß sich die einfache Proportionalreglung bei Meßwerkreglern nicht für eine integrierende
Rückführung eignet. Um ein integrierendes Verhalten zu erzielen, mußte daher auf
an sich ebenfalls bekannte, jedoch sehr kostspielige Regelverfahren zurückgegriffen
werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Meßwerkregler zu schaffen,
der eine proportional
und integral wirkende Regelung erlaubt und
gleichwohl einfach und kostensparend ist.
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Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Meßwerkregler der eingangs
genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zusätzlich zu dem einem die Stellung
des Istwertzeigers erfassenden ersten Fühlerelement zugeordneten Relais zur proportionalen
Regelung ein weiteres, einem die Stellung des Sollwertzeigers erfassenden zweiten
Fühlerelement zugeordnetes Relais vorgesehen ist, von dem ein Integrationsglied
derart steuerbar ist, daß der Träger in Abhängigkeit von Betrag und Vorzeichen der
Regelabweichung im Sinne einer integrierenden Rückführung verstellt wird.
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Die Erfindung ist im folgenden in Verbindung mit den Zeichnungen an
Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 eine perspektivische
Ansicht eines PI-Reglers mit zwei zwischen zwei Spulenpaaren durchlaufenden Metallplatten,
F i g. 2 a bis 2 d die vier möglichen Schaltstellungen des Proportional- und des
Integrationsrelais des Reglers nach F i g. 1, F i g. 3 a bis 3 d die verschiedenen
Schaltstellungen der Übermittlung des Signals zum Integrationsrelais für den Fall,
daß dieses Signal ein polarisierter Gleichstrom ist, F i g. 4 a und 4 b Diagramme,
die erkennen lassen, wie das gemäß den F i g. 3 a bis 3 d erhaltene Signal zum Integrationsglied
gelangt, wenn der Istwertzeiger auf der einen oder der anderen Seite des Sollwertzeigers
steht, F i g. 5 ein Schaltbild der Verbindung des Proportionalrelais mit dem Integrationsrelais,
die das Integralsignal umkehrt, wenn die Regelgröße aus dem Proportionalbereich
auswandert, F i g. 6 ein Schaltbild ähnlich F i g. 5, bei dem jedoch die Integralwirkung
ausgeschaltet wird, wenn die Regelgröße den Proportionalbereich verläßt, F i g.
7 ein Ausführungsbeispiel für eine masselose Bewegung des Abtastpunktes, F i g.
8 eine Draufsicht auf ein Schwingspulenpaar und den Mikroschalter mit zugehörigem
Schaltorgan, und F i g. 9 a und 9 b eine abgewandelte, mit Fotozellen arbeitende
Ausführungsform.
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Der Meßwerkregler nach der Erfindung weist ein Proportionalrelais
auf, mittels dessen die Stehgröße an- und abschaltbar ist und gleichzeitig zwischen
zwei zu einem Integrationsrelais führenden Anschlüssen entsprechend dem An- und
Abschalten der Stellgröße umschaltbar ist. Das Proportionalrelais wird mittels eines
Fühlerelements betätigt, das die Stellung des den Istwert der Regelgröße anzeigenden
Istwertzeigers ermittelt und dabei eine hin- und hergehende Bewegung ausführt, während
das Integrationsrelais mittels eines ähnlichen Fühlerelements betätigt wird, das
eine hin- und hergehende Bewegung gleicher Periodendauer mit Bezug auf den Sollwertzeiger
ausführt und die eine oder die andere der von den Anschlüssen des Proportionalrelais
abgehenden Leitungen an ein Integrationsglied anschließt, je nachdem, ob die Schwingbewegung
auf der einen oder der anderen Seite des Sollwertzeigers erfolgt. Mittels des Integrationsgliedes
wird die Schwingbewegung der Fühlerelemente je nach der Betriebsstellung der beiden
Relais in der einen oder der anderen Richtung verstellt. Die Verstellung der Schwingbewegung
hängt infolgedessen von der Größe und dem Vorzeichen der Regelabweichung ab, was
dem Prinzip einer integral wirkenden Regelung entspricht.
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Der Einfachheit halber ist im folgenden von einem Aufbau ausgegangen,
bei dem die beiden schwingenden Fühlerelemente auf demselben Schwenkarm angeordnet
sind. Diese Anordnung ist aber nicht zwingend, vielmehr sind auch andere geometrische
Anordnungen möglich.
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Die Erfindung bringt nicht nur mit einfachen Mitteln die Möglichkeit
der Erführung einer Integralwirkung bei einfachen Proportionalreglern, sondern erlaubt
es auch, wie weiter unten erläutert ist, die Integralwirkung umzukehren oder auszuschalten,
wenn die Regelgröße aus dem Proportionalbereich auswandert, und die Integralwirkung
in normaler Richtung wieder herzustellen, wenn die Regelgröße in den Proportionalbereich
zurückkehrt. Das Prinzip der Umkehrung ist an sich bekannt und trägt zur Verbesserung
der Stabilität der Regelung bei, indem Auswanderungen beschränkt oder völlig unterdrückt
werden.
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Die Ausschaltung der Integralwirkung im Fall von starken plötzlichen
Störungen, auf die nach einer Unstabilität von größerer oder kleinerer Dauer die
Wiederherstellung der früheren Betriebsbedingungen folgt, beschleunigt die Rückführung
der Regelgröße auf den Sollwert. Sobald nämlich die Regelgröße die Grenze des Proportionalbereichs
nach innen überschreitet, wird sie fast ausschließlich von der rasch wirkenden Proportionalregelung
beeinflußt, während die stets langsam arbeitende Integralregelung beim Aufsuchen
des Gleichgewichts nur eine kleinere Verschiebung des Proportionalbereichs bewirkt.
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Die Fühlerelemente können, wie in den folgenden Beispielen beschrieben,
elektronisch oder fotoelektrisch arbeiten. Auch Fühlerelemente anderer Art, z. B.
magnetische oder mechanische Fühlerelemente, sind verwendbar.
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Die Schwingbewegung des Abtastpunktes des Istwertzeigers, die Schwingbewegung
des Abtastpunktes des Sollwertzeigers und die Verschiebung des Proportionalbereichs
können in Form von Bewegungen oder Verschiebungen erfolgen, die entweder, wie bei
dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 1, mechanische Bewegungen oder, wie beim Ausführungsbeispiel
nach F i g. 7, masselose Bewegungen darstellen. Dabei können feststehende Fühlerelemente
vorgesehen sein, auf denen der Abtastpunkt verschiebbar ist, ohne daß eine mechanische
Bewegung erfolgt. Anordnungen der letztgenannten Art sind insofern vorteilhaft,
als Fühlerelemente mit sehr kleinen Abmessungen und niedrigem Gewicht verwendet
werden können, die ohne weiteres auf einem Galvanometer oder anderen Meßinstrument
des Reglers angebracht werden können, selbst wenn es sich um Miniaturgeräte handelt.
Andererseits bieten mechanisch bewegte Antriebsglieder viele Abwandlungsmöglichkeiten
und können solche Glieder in das Reglergehäuse eingebaut oder getrennt von diesem
angeordnet werden.
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Darüber hinaus ist es möglich, bei den Schwingbewegungen und der Proportionalbereichsverschiebung
eine oder zwei masselose Bewegungen mit zwei bzw. einer mechanischen Bewegung zu
kombinieren.
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Gemäß F i g. 1 ist mittels der Drehspule 1 eines Galvanometers ein-Istwertzeiger
2 entlang einer nicht dargestellten Skala verstellbar. Der Istwertzeiger 2
trägt
eine gekrümmte Metallplatte 3, die frei zwischen zwei Spulen 4 und 5 hindurchreicht.
Die Spulen 4, 5 sind an einem Schwenkarm 13 angebracht, der innerhalb des durch
die Pfeile 6 und 7 angeordneten Proportionalbereichs hin- und herschwenkbar ist.
Zwischen zwei weitere, ebenfalls mit dem Schwenkarm 13 verbundene Spulen 8 und 9
greift eine Metallplatte 10, die an einem Sollwertzeiger 11 befestigt ist. Der Sollwertzeiger
kann mittels einer nicht dargestellten Anordnung im Bereich der vollen Skalenlänge
wahlweise eingestellt werden. An einem Arm 15 des Sollwertzeigers 11 ist ein als
Integrationsglied dienender Motor 12 mit umkehrbarer Drehrichtung befestigt.
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Die beiden an dem Schwenkarm 13 angebrachten Spulenpaare 4, 5 und
8, 9 bilden zusammen mit den Platten 3 und 10 zwei Fühlerelemente. Die Hin- und
Herbewegung des Schwenkarms 13 um die mit der Achse der Drehspule 1 zusammenfallende
Achse 16 erfolgt mittels eines nicht dargestellten Antriebs, der an einem Arm 14
abgestützt ist.
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Bei der Hin- und Herbewegung des Schwenkarms 13 überstreichen die
Spulenpaare 4, 5 und 8, 9 die beiden Stirnflächen der Platten 3 bzw. 10, ohne diese
zu berühren, auf Strecken, die bezüglich der Ausdehnung des von dem Schwenkarm 13
überlaufenen Proportionalbereichs einerseits von der veränderlichen Stellung des
Istwertzeigers 2 und andererseits von der für jede Messung festen Stellung des Sollwertzeigers
11 abhängen.
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An dem durch Drehnung um die gemeinsame Achse 16 beliebig einstellbaren
Arm 15 des Sollwertzeigers 11 ist der Motor 12 mittels eines Bandes 17 befestigt.
Ein über ein Untersetzungsgetriebe 19 des Motors 12 angetriebenes Ritzel 18 kämmt
mit Zähnen 20 am Rand des Armes 14.
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Die Spulen 4 und 5 bilden einen Teil einer nicht dargestellten elektronischen
Schaltung, die in bekannter Weise aufgebaut sein kann und ein Proportionalrelais
21 (F i g. 2 a bis 2 d, 3 a bis 3 d, 5 und 6) betätigt. über eine zweite, nicht
veranschaulichte elektronische Schaltung betätigen die Spulen 8 und 9 ein Integrationsrelais
22. Während bei einem ohne integrierende Rückführung arbeitenden Meßwertregler der
Arm 14 mit dem Sollwertzeiger 11 verbunden und in vorbestimmter, dem Sollwert entsprechender
Stellung festgehalten werden könnte, wird erfindungsgemäß der Arm 14 mit Bezug auf
den Sollwertzeiger 11 bewegbar ausgebildet, und es erfolgt mittels des Motors 12
eine integrierende Rückführung. Dazu werden die von den Relais 21 und 22 abgegebenen
Signale zu einem einzigen Signal, dem Integralsignal, zusammengefaßt, das zwei Impulse
je Periode aufweist und der Betätigung des Motors 12 dient.
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Der Motor 12 kann zwei Wicklungen aufweisen, die wahlweise erregt
werden, um den Motor in der einen oder der anderen Richtung laufen zu lassen. Es
kann aber auch ein Gleichstrommotor verwendet werden, dessen Drehrichtung durch
Umkehrung der Richtung des Speisestromes umgekehrt wird. F i g. 2 a bis 2 d betreffen
den ersten, F i g. 3 a bis 3 d sowie F i g. 5 und 6 den zweiten Fall.
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Nach den F i g. 2 a bis 2 d schließt und öffnet das Proportionalrelais
21 mit seinem Kontakt 23 einen Steuerkreis für das An- und Abschalten der Stellgröße.
Gleichzeitig wird über die Kontakte 24 und 25 eine von zwei Leitungen angeschlossen,
die zu Umschaltkontakten des Integrationsrelais 22 führen. Liegen die Umschaltkontakte
in den Schaltstellungen 26 bzw. 27, so ist der eine oder der andere der beiden Steuerkreise
des Motors 12 geschlossen. Die Stromversorgung erfolgt über den Eingang 28 und die
Klemme 29 des zweipoligen Relais 21, die wahlweise gleichzeitig mit den Kontakten
23 und 24 oder nur mit dem Kontakt 25 verbunden wird.
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Wie in F i g. 2 a bis 2 d dargestellt ist, erlauben die Relais 21
und 22 vier Schaltstellungen. Nur in den Schaltstellungen gemäß F i g. 2 b und 2
d sind jedoch die Ausgänge 30 bzw. 31 mit dem Eingang 28 verbunden. Über die Ausgänge
30 und 31, die mit je einer der Wicklungen des Motors 12 verbunden sind, wird das
Integralsignal zum Motor übermittelt. Dementsprechend wird der Arm 14 in der einen
oder der anderen Richtung um die Achse 16 gedreht. Da der Arm 14 den Antrieb für
den Arm 13 trägt, werden die Spuenpaare 4, 5 und 8, 9 in der einen oder der anderen
Richtung gegenüber der festen Platte 10
und der bewegbaren Platte 3 verschoben.
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Bei der Ausführungsform nach F i g. 3 a bis 3 d ist das Relais 22
einpolig und liegen in den Verbindungsleitungen mit den Kontakten 24 und 25 des
Relais 21 entgegengesetzt gepolte Gleichrichter 35 und 36, die den vom Eingang 28
kommenden Strom derart polen, daß über die Verbindungsleitung 32 zu dem in diesem
Fall nur mit einer Wicklung versehenen Motor 12 ein Integralsignal läuft, dessen
Richtung davon abhängt, ob es den Kontakt 24 und den Gleichrichter 35 oder über
den Kontakt 25 und den Gleichrichter 36 geführt ist.
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Wie bei der zuvor erläuterten Ausführungsform wird das Relais 21 durch
die Spulen 4, 5 und das Relais 22 durch die Spulen 8, 9 gesteuert. Der in den Schaltstellungen
nach F i g. 3 c und 3 d (ähnlich F i g. 2 c und 2 d) über den Kontakt 23 des Relais
21 fließende Strom bewirkt über eine entsprechende Anordnung das Zuschalten oder
Abschalten der Stellgröße, solange der Stromkreis über den Kontakt 23 geschlossen
bleibt. Die Zeitspanne, während der dieser Stromkreis geschlossen ist, hängt von
der Stellung des Istwertzeigers innerhalb des Proportionalbereichs ab.
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In F i g. 4 a und 4 b stellt der Durchmesser 61, 62 der Kreise 65,
66, bezogen auf die Skalenscheibe des Reglers, den Proportionalregelbereich dar,
d. h. den Teil der Skala, der durch die Hin- und Herbewegung des Schwenkarms 13
und der Spulen 4, 5 bestimmt ist. Der Bewegungszyklus ist in drei Teile unterteilt,
und die entsprechenden - Kombinationen sind am Umfang des Kreises 65 bzw. 66 angedeutet.
Wenn der Istwertzeiger 64 links vom Sollwertzeiger 63 steht (F i g. 4 a), ist die
Reihenfolge (F i g. 2 a, 2 d, 2 c, 2.c, 2d, 2 a oder F i g. 3a,
3d, 3c, 3c, 3d, 3a) gegeben. Wenn der Istwertzeiger 64 rechts vom
Sollwertzeiger 63 steht (F i g. 4 b), lautet die Reihenfolge F i g. 2 a, 2 b, 2
c, 2 c, 2 b; 2 a oder F i g. 3 a, 3 b, 3 c, 3 c, 3 b, 3 a. Die Dauer der Abgabe
des Integralsignals ist desto länger, je größer der Abstand des Istwertzeigers 64
vom Sollwertzeiger 63 ist, und zwar unabhängig davon, ob dieses Signal über den
Ausgang 30 (Verschiebung des Proportionalbereichs nach links) oder den Ausgang 31
(Verschiebung nach rechts) läuft. Im Fall der F i g. 3 a bis 3 d bestimmt die Richtung
des gleichgerichteten Stromes die Verschieberichtung des Proportionalbereichs.
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Bei der Ausführungsform nach F i g. 5 ist das Proportionalrelais 21
dreipolig ausgebildet und
arbeitet mit einem Umkehrrelais 41 sowie
Relais 81 und 82 zusammen. In den von den Kontakten 24 und 25 abgehenden Leitungen
liegen, wie zuvor, die entgegengesetzt gepolten Gleichrichter 35 und 36, die jedoch
in diesem Fall an das zweipolige Relais 41 angeschlossen sind, das seinerseits mit
dem Relais 22 verbunden ist, um das Integralsignal in Form eines gleichgerichteten,
polarisierten Stromes über die Verbindungsleitungen 32 und 71 abzugeben. Der Eingangswechselstrom-wird
bei 70 zugeführt.
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Die Relais 81 und 82, die die in Reihe liegenden Kontakte 83 und 84
steuern, sind über Gleichrichter 45 und 46 mit zusätzlichen Kontakten 86 und 87
des Relais 21 verbunden. Das Relais 41 wird zum entsprechenden Zeitpunkt über die
Relais 81 und 82 sowie Kondensatoren 42, 43 und Widerstände 88, 89 erregt, wobei
die Kondensatoren 42, 43 und die Widerstände 88, 89 derart bemessen sind, daß die
Relais 81 und 82 ständig erregt bleiben, während das Relais 21 im Wechsel anzieht
und abfällt, d. h. während die Regelgröße innerhalb der Grenzen des Proportionalbereichs
-liegt (61, 62 in F i g. 4 a und 4b).
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Wenn das Relais in der einen oder der anderen Schaltstellung stehen
bleibt, was erfolgt, wenn die Regelgröße aus dem Proportionalbereich nach der einen
oder der anderen Seite hin auswandert, fällt eines der beiden Relais 81 und 82 ab
und wirft seinerseits das Relais 41 ab, das dann die integrierende Wirkung umkehrt.
Dieser Zustand bleibt erhalten, bis die Regelgröße erneut in den Proportionalbereich
zu liegen kommt, worauf das Relais 21 wieder im Wechsel anzuziehen und abzufallen
beginnt, sowie das betreffende der beiden Relais 81, 82 erneut anzieht und Erregerstrom
an das Relais 41 anlegt, so daß die integrierende Wirkung wieder im normalen Sinne
erfolgt.
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Die Schaltung gemäß F i g. 5 kann leicht so geändert werden, daß sie
auf nicht polarisierte Signale anspricht, wie sie bei der Anordnung nach F i g.
2 a bis 2 a auftreten.
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F i g. 6 zeigt eine Schaltung ähnlich F i g. 5, bei der das Relais
41 die integrierende Wirkung nicht umkehrt sondern unterbricht, wenn die Regelgröße
aus dem Proportionalbereich auswandert. Dieser wird an der Stelle festgehalten,
an der er sich im Augenblick des Auswanderns befindet. Die integrierende Wirkung
wird wieder hergestellt, wenn die Regelgröße in den Proportionalbereich zurückkehrt.
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Die Anordnung gemäß F i g. 1 kann auch in der in F i g. 8 dargestellten
Weise abgewandelt werden, wobei dem Schwenkarm 13 an Stelle der Spulen 8, 9 nach
F i g. 1 ein Mikroschalter 120 zugeordnet ist, der mit dem Sollwertzeiger 11 und
dessen Arm 15 mechanisch verbunden ist. Der Mikroschalter 120 wird mittels eines
Nockens 121 betätigt, der am Ende des Schwenkarms 13 seitlich der Achse 16 ausgebildet
ist. Diese Ausführungsform ist wirtschaftlicher als diejenige mit den Spulen 8,
9 und der Platte 10. Der mit dem Nocken 121 versehene Schwenkarm 13 kann ein Standteil
sein, wodurch die Fertigungskosten weiter vermindert werden.
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Die Anordnung arbeitet wie folgt: Wie bei der Ausführungsform gemäß
F i g. 1 wird das Proportionalrelais 21 durch die Hin- und Herbewegung der am Schwenkarm
13 befestigten Spulen 4, 5 gesteuert. Ebenso wie dort bewirkt das Relais 21 einerseits
durch seinen Kontakt 23 das periodische Anschalten der Stellgröße während einer
Zeitspanne, die von der Relativstellung des Istwertzeigers 2 im Proportionalbereich
abhängt, und andererseits über die Kontakte 24 und 25 die Übermittlung von Signalen
an das Integrationsrelais 22.
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Das Integrationsrelais 22 wird statt durch die Spulen 8, 9 durch den
Mikroschalter 120 (F i g. 8) gesteuert, dessen Winkelstellung gegenüber dem Nocken
121 des Schwenkarms 13 so gewählt ist, daß der Mikroschalter im gleichen Zeitpunkt
betätigt wird wie die Spulen 8, 9 der Ausführungsform nach F i g. 1. Das Relais
22 arbeitet daher genau wie bei der Anordnung gemäß F i g. 1. Da weder am Relais
21 noch am Relais 22 Änderungen vorgenommen sind, bleibt die Kombination ihrer Kontakte
(F i g. 2 a bis 2 d und 3 a bis 3 d) die gleiche und wird der Motor 12 in der oben
beschriebenen Weise gesteuert.
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In F i g. 7 sind zwei langgestreckte Fotozellen 51 und 52 gleicher
Länge dargestellt, die ähnliche Kennlinien aufweisen und beide durch einen nicht
dargestellten Lichtstrahl beleuchtet werden. Die Fotozellen 51, 52 sind derart miteinander
gekoppelt, daß sie über bekannte, nicht dargestellte Mittel ein Abtastsignal abgeben,
wenn die Summe der abgedunkelten Strecken gleich der Gesamtlänge einer der beiden
Fotozellen ist. Im Rahmen der Erfindung kann eine derartige Anordnung für die der
Stellung des Istwertzeigers, die der Stellung des Sollwertzeigers und die der Verschiebebewegung
des Proportionalbereichs zugeordnete Tast- oder Schwingbewegung verwendet werden.
Beispielsweise werden für die Abtastung der Istwertzeigerstellung bei dem in F i
g. 1 dargestellten Regler die bewegbaren Spulen 4 und 5 durch die Fotozelle 51 ersetzt,
die an dem jetzt feststehenden, nicht schwingenden Arm 13 angebracht ist. Die Fotozelle
51 wird durch eine nicht dargestellte optische Vorrichtung beleuchtet und ist so
angeordnet, daß sie von der als Blende wirkenden Platte 3 (F i g. 1 und 7) auf einer
Länge verdunkelt wird, die nur von der Stellung des Istwertzeigers 2 abhängt. Die
Fotozelle 52 wird an einer passenden, nicht unbedingt in der Nähe der Fotozelle
51 liegenden Stelle angeordnet. Sie wird durch eine nicht dargestellte optische
Vorrichtung beleuchtet und mittels einer Blende 54 abgedeckt, die von einem nicht
veranschaulichten bekannten Antrieb periodisch entsprechend dem Doppelpfeil 56 verschoben
wird. Auf Grund der Kopplung der beiden Fotozellen verschiebt sich der Abtastpunkt
auf der Fotozelle 51 in einer masselosen Hin- und Herbewegung, die mit der mechanischen
Bewegung der Blende 54 synchronisiert ist. Bei einer Verschiebung der als Blende
dienenden Platte 3 wird das Proportionalrelais 21 genau in der gleichen Weise gesteuert
wie mittels der mechanisch hin- und herbewegten Spulen 4, 5 nach F i g. 1.
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Für die integrierende Wirkung braucht nur eine zweite Fotozellengruppe
vorgesehen zu werden, die der oben beschriebenen identisch ist.
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Die eine Fotozelle dieser zweiten Gruppe wird an dem Arm 13 angebracht
und ersetzt das Spulenpaar 8, 9: Die Platte 10 wirkt als Blende für einen nicht
dargestellten Lichtstrahl, der diese Fotozelle beleuchtet. Die zweite Fotozelle
kann an einer passenden Stelle, vorzugsweise neben der Fotozelle 52, angeordnet
sein, so daß mittels eines gemeinsamen Antriebes die zugehörige Blende zusammen
mit der Blende 54 der Fotozelle 52 hin- und herbewegt werden kann.
Das
Integrationsrelais 22 arbeitet infolgedessen genau wie bei der Ausführungsform nach
F i g. 1, so daß die beiden Relais 21 und 22 das Integralsignal liefern, das den
Motor 12 wie zuvor als Integrationsglied wirken läßt.
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Der das Integrationsglied bildende Motor 12 kann auch von dem Meßwerk
entfernt angebracht werden, so daß in diesem nur statische Elemente verbleiben,
was insbesondere für die Vereinfachung des Aufbaus des Reglers von Bedeutung ist.
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Für diesen Zweck werden die drei Bauteile 13, 14
und 15 miteinander
verbunden oder durch einen einzigen Arm ersetzt, der sowohl den Sollwertzeiger 11
als auch eine Fotozelle 201 (F i g. 9 a) trägt, die das Spulenpaar 4, 5 ersetzt.
Die Länge dieser Fotozelle ist derart bemessen, daß sie den gesamten Regelbereich
erfaßt, d. h. die doppelte Länge des Proportionalbereichs, und zwar symmetrisch
zum Sollwertzeiger 11. Die als Blende für die Fotozelle 201 dienende Platte 3 ist
mit dem in F i g. 9 a in Stirnansicht dargestellten Istwertzeiger 2 verbunden.
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Eine Fotozelle 202 (F i g. 9 b), die vorzugsweise die gleiche Länge
wie die Fotozelle 201 aufweist, ist mit der Fotozelle 201 derart gekoppelt, daß
das Proportionalrelais 21 (F i g. 2 a bis 2 d, 3 a bis 3 d, 5 oder 6) betätigt wird,
wenn, wie oben erläutert, die Summe der verdunkelten Strecken gleich der Gesamtlänge
einer der Fotozellen ist.
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Die Blende 54 deckt ständig den gestrichelten Teil der Fotozelle 202
ab. Diese Länge ist, wie weiter unten erläutert wird, veränderbar. Außerdem führt
die Blende 54 eine periodische Schwingbewegung aus, deren Amplitude gleich der halben
Fotozellenlänge ist, d. h. gleich der Länge des Proportionalbereichs. Dies ist durch
die Pfeile 6', 7' angedeutet. Eine Hin-und Herbewegung des Abtastpunktes des Istwertzeigers
überträgt sich synchron auf die Fotozelle 201. Diese Bewegung, die durch die Pfeile
6, 7 angedeutet ist, deren Abstand gleich dem der Pfeile 6', 7' ist, erfolgt nicht
nur synchron mit derjenigen der Blende 54, sondern mit Bezug auf die Fotozelle 201
auch genauso wie die Bewegung 6', 7' mit Bezug auf die Fotozelle 202.
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Eine weitere, parallel zur Fotozelle 202 liegende Fotozelle 20s wird
durch eine Blende 541 abgedunkelt, die mit der Blende 54 fest verbunden und zusammen
mit dieser bewegbar ist. Die Fotozelle 203 betätigt das Integrationsrelais 22, wenn
sie zur Hälfte abgedunkelt ist. Das bedeutet, daß das Relais 22 in genau gleicher
Weise wie bei der Ausführungsform gemäß F i g. 1 arbeitet, d. h. in dem Augenblick
anspricht, in dem der Abtastpunkt für den Istwertzeiger 2 an dem Sollwertzeiger
11 vorbeiläuft.
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Die beiden Relais arbeiten wie bei der Ausführungsform nach F i g.
1 und erlauben es, einen als ; Integrationsglied wirkenden, nicht dargestellten
Motor zu steuern, der die Blenden 54 und 541 hin- und herbewegt und auf diese Weise
eine Regelung gemäß der Erfindung ermöglicht.
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Für die Steuerung des Integrationsrelais kann an Stelle einer Fotozelle
mit Blende auch ein Mikroschalter verwendet werden. Dieser Mikroschalter wird in
der Nähe der zugeordneten Fotozelle 52 bzw. 202 angeordnet und z. B. mit Hilfe eines
geradlinigen Nockens betätigt, der derart hin- und herbewegbar ist, daß das Integrationsrelais
22 jedesmal anspricht, wenn der Rand der Blende 54 den dem Sollwertzeiger 11 zugeordneten
Punkt überläuft. Die oben beschriebenen Ausführungsformen sind nicht auf die Verwendung
von Fotozellen beschränkt. Masselose Bewegungen können bekanntlich durch die unterschiedlichsten
Anordnungen, z. B. elektronische, magnetische oder thermische Anordnungen, erreicht
werden.
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Außerdem kann die Schwingbewegung des Abtastpunktes durch andere bekannte
Anordnungen erreicht werden, z. B. elektronisch durch Spulen oder Spulenpaare, die
ähnlich den Spulen 4, 5 und 8, 9 in F i g. 1 sind, jedoch Abmessungen haben, die
ausreichen, um den ganzen Regelbereich zu überstreichen. Außer der Galvanometeranordnung
sind in Reihe mit diesen Spulen liegende Hilfsspulen vorgesehen, die durch die Hin-
und Herbewegung einer Metallplatte beeinfiußt werden. Eine ähnliche Bewegung kann,
ebenfalls elektronisch, durch veränderliche Kapazitäten erhalten werden, wobei die
Kapazitätsänderungen beispielsweise mittels Metallplatten erzielt werden können,
die periodisch bewegt werden.
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Der die Schwingbewegung des Schwenkarms 13 (F i g. 1) bewirkende Antrieb
kann ein Elektromotor sein, dem z. B. ein Untersetzungsgetriebe und ein herzförmiger
oder anderer Nocken nachgeschaltet sind. Auch andere Anordnungen, beispielsweise
ein Magnetpendel oder periodisch erwärmte und abgekühlte Bimetallamellen, können
verwendet werden. Die Periodendauer und die Amplitude der Schwingbewegung können
konstant oder veränderlich sein.
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Gleiches gilt für die Schwingbewegung der Blende 54 (F i g. 7) im
Falle der masselosen Bewegung des Abtastpunktes des Istwertzeigers oder des Sollwertzeigers
oder der Verschiebung des Proportionalbereichs.
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Die Verarbeitung des Integralsignals kann nicht nur mittels des Motors
12 erfolgen. Auch andere Anordnungen können verwendet werden, z. B. durch das Integralsignal
erwärmte Bimetallstreifen oder durch Elektromagnete angetriebene Klinkenräder mit
zwei Bewegungsrichtungen.
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Der über den Kontakt 23 des Relais 21 gesteuerte Stromkreis kann beliebige
Vorrichtungen zum An-und Abschalten der Stellgröße verwenden, z. B. einen elektrischen
Schalter, ein Magnetventil, eine elektronische Anordnung, einen Motor od. dgl. Wenn
sich auch die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen insbesondere für eine
Temperaturregelung eignen, so ist die den Gegenstand der Erfindung bildende Kombination
von Proportional- und Integralwirkung doch für beliebige andere Größen anwendbar,
mitels deren ein bewegbares Teil in Kombination mit einem Anzeigegerät beeinflußt
werden kann, und zwar unabhängig davon, ob es sich um eine unmittelbare Anzeige
oder um eine Nullanzeige handelt. Beispiele dafür sind Feuchtigkeitswerte, pH-Werte,
Drücke u. dgl. Dabei kann der Regler selbst die die Regelgröße beeinflussende Stellgröße
über einen Schalter, ein Magnetventil, eine elektronische Anordnung, einen Motor
od. dgl. steuern.