DE968160C - Mit einer Rueckfuehrung versehene Regeleinrichtung - Google Patents

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 23. JANUAR 1958

L 502 VlIIb j2ic

Die Erfindung betrifft eine mit einer Rückführung versehene Reglereinrichtung, bei der zwischen Fühler und Reglerteil ein nachlaufgesteuerter Meßteil vorgesehen ist, durch den sowohl das Anzeigeinstrument als auch der Regler gesteuert werden, und zwar ist die Einrichtung gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß der Meßteil zwei auf ein Ferraris-Kontaktwattmeter wirkende induktive Geber aufweist, von denen der eine durch den Fühler eingestellt wird und der andere durch einen vom Kontaktwattmeter gesteuerten Umkehrmotor nachstellbar ist, welcher gleichzeitig über Getriebemittel das Anzeigeinstrument und einen ebenfalls als induktiven Geber ausgebildeten Eingangsgeber des Reglers verstellt.

Es sind Regelgeräte bekanntgeworden, welche die von ihnen geregelte physikalische Größe gleichzeitig anzeigen oder registrieren. Solche Geräte bestehen grundsätzlich aus einem Fühler, welcher die Meßgeräte abfühlt und sie auf einen Geber überträgt, welcher sie z. B. in eine elektrische Meßgröße umwandelt. Letztere beeinflußt ihrerseits das eigentliche Regelinstrument, das seinerseits mittels einer Kontaktvorrichtung die entsprechenden Regelkommandos erteilt.

Besitzen, solche Regler 'keine Rückführung, so entspricht die Stellung des "beweglichen Teiles des Reglerinstruments jeweils der herrschenden Meßgröße und kann als Anzeigeorgan oder zur Betätigung eines Schreibwerkes herangezogen werden.

Ganz andere Verhältnisse liegen jedoch dann vor, wenn eine Rückführung vorhanden ist. Letztere hat bekanntlich den Zweck, den Regler nach Erteilung eines Regelkommandos vorzeitig, d. h. be-

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vor sich dieses Kommando auswirkt, abzugleichen Es wird also dem Regler ein bereits korrigierter Sollwert vorgetäuscht, und zwar so lange, bis sich das gegebene Kommando am Fühler auswirkt. Damit wird eine Überregulierung und unstabiles Verhalten des Reglers vermieden.

Wird nun bei einem solchen Regler mit Rückführung die Stellung des Reglerinstrumentes gleichzeitig zur Anzeige oder Registrierung der ίο Meßgröße herangezogen, wie dies allgemein üblich ist, so wird während des Regelvorganges infolge des Eingriffes der Rückführung jeweils nicht die wahre, sondern die dem Regler durch die Rückführung vorgetäuschte Meßgröße angezeigt bzw. is registriert. Der Zweck der vorliegenden Erfindung ist die Beseitigung dieses Nachteiles.

Einrichtungen, die von der gleichen Aufgabenstellung ausgehen und bei denen der Reglerteil ebenfalls mit einer Rückführeinrichtung versehen ist, während der Reglereingang durch einen vom Reglerteil abhängigen Meßteil eingestellt wird, so daß letzterer trotz der Rückführung des Reglerteiles richtig anzeigt, sind an sich 'bekannt. Diese bekannten Einrichtungen weisen aber verschiedene erhebliche technische Nachteile auf. Sie verwenden Meßbrücken, die mit Gleichstrom betrieben werden, was einen erheblichen Aufwand bedeutet. Außerdem arbeiten sie verhältnismäßig träge, so daß zur Überwachung physikalischer Größen, die raschen Änderungen unterliegen, besondere komplizierte Ausführungsformen benötigt werden. Hierbei ist eine besondere Verstärkung der Brückenmeßspannungen erforderlich. Die dazu verwandten Elektronenröhren bedeuten, aber eine Gefährdung der Betriebssicherheit. Ein weiterer Nachteil der bekannten Geräte besteht darin, daß in der Meßdiagonale der Meßbrücke ein empfindliches und teures Null-Galvanometer benötigt wird und daß zur selbständigen Kompensation dieser Meßbrücke ein äußerst komplizierter Relais- und Abtastmechanismus erforderlich ist.

Bei dem Regler gemäß der Erfindung sind alle diese Nachteile nicht vorhanden. Insbesondere zeichnet er sich durch einen einfachen Aufbau, durch eine sehr geringe Trägheit sowie infolge der Einfachheit auch durch eine hohe Betriebssicherheit aus.

In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigt Fig. ι eine Regeleinrichtung, bei welcher zwei Kontaktinstrumente in Differentialschaltung mit Doppeldrosselgebern angeordnet sind, und

Fig. 2 eine Regeleinrichtung, bei welcher zwei Kontaktinstrumente in Nullstromschaltung mit Doppeldrosseln und Tauchspulengebern angeordnet sind.

In der Fig. 1 ist 1 bis 27 eine nachlaufgesteuerte Meßeinrichtung und 28 bis 47 eine Regeleinrichtung. Es bedeutet 1 einen Temperaturfühler mit aufgebautem Doppeldrosselgeber 2 bekannter Art, wobei der Temperaturfühler 1 aus einem Messingrohr 3 und Invarstab 3 α besteht, während der Doppeldrosselgeber 2 einen verschiebbaren Anker 4 und Drosselspulen 5 und 6 aufweist. Mit 7 ist ein gleich aufgebauter Abgleichgeber bezeichnet, mit Anker 8 und Drosselspulen 9, 10.

Der Anker 8 wird beim Abgleichgeber 7 durch eine Spindel 11, die im Gehäuse des Gebers 7 als Gewinde ausgebildet ist, parallel zu sich selbst verschoben. Die Drosselspulen 5 und 9 und eine Stromspule 12 eines beispielsweise als Kontaktinstrument dienenden Ferraris wattmeters 13 liegen in Reihe am Netz a, b, desgleichen die beiden Drosselspulen 6 und 10 mit einer zweiten Stromspule 14. Eine Spannungsspule 15 des Ferraris-Wattmeters liegt direkt an der Netzspannung. Die nicht gezeichnete Ferrarisscheibe des Wattmeters trägt auf ihrer Achse 16 einen Kontaktarm 17, welcher unter dem Einfluß einer Stellfeder 18, die gleichzeitig als Stromzuführung dient, im spannungslosen Zustand des Wattmeters die gezeichnete Mittellage zwischen zwei Außenkontakten 19 und 20 einnimmt. Durch deren Kontaktschluß werden zwei Nachlauf motoren 21 bzw. 22 mit verschiedenen Drehrichtungen erregt, wodurch über eine Schnecke 24 und ein Schneckenrad 23 die Spindel 11 verdreht und gleichzeitig über eine Gewindespindel 25 eine Wandermutter 26 mit daran befestigter Schreibvorrichtung verstellt wird, derart, daß die Meßgröße auf einem Papierstreifen 27 registriert wird. Die Spindel 11 ist nun nach unten verlängert und¹ im Gehäuse eines Regelgebers 28 gelagert. Der Regelgeber 28 weist ebenfalls einen parallel zu sich selbst verstellbaren Anker 29 und zwei Drosselspulen 30 und 31 auf. Letztere sind, ähnlich wie im oberen Teil der Einrichtung, mit zwei Drosselspulen 32 und 33 eines Einstellgebers 34 und mit zwei Stromspulen 35 bzw. 36 eines zweiten, ebenfalls als Ferrariswattmeter ausgebildeten Kontaktinstrumentes 37 in Differentialschaltung geschaltet. Der Anker 38 des Einstellgebers 34 kann durch einen auf einer Skala 39 einstellbaren Drehknopf 40 gegenüber den Polen der beiden Drosseln 32 und 33 entsprechend den Skalawerten eingestellt werden. Das Ferrariswattmeter 37 ist genau gleich aufgebaut wie das Ferrariswattmeter 13, hat also ebenfalls eine Spannungsspule 41, eine Achse 42, eine Stellfeder 43, einen Kontaktarm 44 und zwei Außenkontakte 45 und 46. Über letztere wird ein elektrisches Reglerorgan 47, welches im vorliegenden Fall beispielsweise als Ventil für die Zufuhr des Heißwassers zu einer thermischen Anlage ausgebildet sein kann, in entsprechendem Sinne beeinflußt. Das Meßgerät25 bis kann auch eine reine Anzeigevorrichtung oder eine Zähleinrichtung sein.

In der Fig. 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Zum Teil werden hier die gleichen Elemente verwendet wie in der Fig. 1. Der Einfachheit halber wurden daher weitgehend die Bezugszeichen der Fig. 1 übernommen. Der hauptsächlichste Unterschied liegt darin, daß an Stelle der Doppeldrosselgeber teilweise Geber mit Tauchspulen zur Anwendung kommen, und daß dieselben in Nullstromschaltung statt in Differentialschaltung mit den entsprechenden Wattmetern

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1. zusammengeschaltet sind. Außerdem dient hier die Einrichtung beispielsweise zur Messung und zur Regulierung eines Flüssigkeitsniveaus. Ein Schwimmer 48 verstellt, beispielsweise über ein Stahlband 49 und ein Kreissegment 50, die Eintauchtiefe zweier Tauchspulen 51 und 52 eines Fühlergebers 2, die auf einem Doppelhebel 53 mit Drehachse 54 symmetrisch angeordnet sind und von den entsprechenden magnetischen Feldern einer Erregerspule 55 beeinflußt werden. Letztere liegt mit einer Erregerspule 56 eines ähnlich aufgebauten Abgleichgebers 7, der einen Doppelhebel 57, eine Drehachse 58 und Tauchspulen 59 und 60 aufweist, in Reihe an der Netzspannung. Die Spulen 51, 52, 59 und 60 liegen in Nullstromschaltung mit den Spulen 12, 14. Die Verdrehung des Doppelhebels 57 findet beim Abgleichgeber 7 über ein Zahnsegment 62 und eine auf der Achse 11 befindliche Schnecke 61 statt. Durch die Achse 11, eine Schnecke 63 und ein Zahnsegment 64 wird gleichzeitig auch ein um eine Drehachse 65 drehbar gelagerter Doppelhebel 66 eines Reglergebers 28 mit den beiden Tauchspulen 6y, 68 verdreht. Die entsprechende Erregerspule 69 liegt hier in Reihe mit den linksseitigen Spulen der Drosseln 32 und 33 eines Einstellgebers 34 an der Netzspannung, während die beiden rechtsseitigen Spulen der Drosseln gegeneinandergeschaltet und mit den beiden Tauchspulen 67, 68 und den beiden Stromspulen 35, 36 des Wattmeters 37 in Nullstromschaltung geschaltet sind.

   Die Wirkungsweise der Einrichtung nach der Fig. ι ist nun folgende: Die nachlauf gesteuerte Meßeinrichtung 1 bis 27 und die Reglereinrichtung 28 bis 47 wirken zusammen und werden durch den Fühler 1 gemeinsam gesteuert. Durch eine Änderung der Temperatur am Fühler 1 wird das Wattmeter 13 verstimmt und schaltet über den Kontaktarm 17 und die beiden Außenkontakte 19, 20 einen der beiden Motoren mit entsprechendem Drehsinn so lange ein, bis der Anker 8 im Abgleichgeber 7 und der Anker 29 des Reglergebers 28 die spiegelbildliche Lage wie der Anker 4 des Fühlergebers 2 erreicht haben, worauf die Ströme in den beiden Stromspulen 12, 14 des Wattmeters 13 wieder gleich groß sind und der Kontaktarm 17 in die neutrale Mittellage zurückkehrt. Gleichzeitig wurde dabei die Wandermutter 26 der Registriereinrichtung um einen entsprechenden Betrag verschoben, der in linearer Beziehung zur Temperatur am Fühler 1 steht. Erreicht der Anker 29 des Reglergebers 28 dabei gerade die spiegelbildliche Stellung des Ankers 38 des Einstellgebers 34, so sind Meß- und Regelvorgang beendet. Ist dies hingegen nicht der Fall, sei es, daß der Regelvorgang noch nicht beendet ist oder daß der Einstellgeber vermittels des Knopfes 40 auf einen neuen Wert eingestellt wird, so arbeitet die ganze Einrichtung so lange, bis die oben angegebenen gegenseitigen Anker-Stellungen in allen vier Gebern erreicht sind.

   Die Wirkungsweise der Einrichtung nach Fig. 2 ist ähnlich derjenigen gemäß Fig. 1, so daß sich eine Wiederholung erübrigt. Die geringen schaltungstechnischen Unterschiede, die sich durch die Verwendung von Tauclispulengebern an Stelle von Doppeldrosselgebern und einer Nullstromschaltung an Stelle der Differentialschaltung ergeben, haben auf die Wirkungsweise keinen Einfluß.

   Diese Unterschiede liegen hauptsächlich darin, daß die in den Tauchspulen der beiden Geber 2, 7 induzierten Spannungen sich im abgeglichenen Zustand aufheben. Während des Abgleichvorganges ist das Wattmeter 13 verstimmt und schaltet über den Kontakt 17 und die beiden Außenkontakte 19, 20 einen der beiden Motoren 21,22 mit entsprechendem Drehsinn ein, bis die Kreissegmente 62 und 64 im Abgleichgeber 7 und Reglergeber 28 eine derartige Lage eingenommen haben, daß die einander entgegengerichteten Spannungen von Fühler- und Abgleichgeber 2 und 7 sich gerade aufheben, worauf die Stromspulen 12, 14 des Wattmeters 13 stromlos werden und der Kontaktarm 17 in die neutrale Lage zurückkehrt. Geber mit Tauchspulen sind dann angezeigt, wenn — wenigstens im abgeglichenen Zustand ■— kleine, die freie Einstellung des Fühlers hindernde Kräfte auftreten sollen.

   Die Regeleinrichtung der beschriebenen Kombination ist mit einer sogenannten Rückführung ausgerüstet, die aber der Einfachheit halber in der Zeichnung nicht zur Darstellung gekommen ist und an sich beliebiger Ausführung sein kann. Die Rückführung hat bekanntlich den Zweck, den Regler nach Erteilung eines Regelkommandos vorzeitig, d. h. bevor sich dieses Kommando auswirkt, abzugleichen, d. h. ihm einen bereits korrigierten Sollwert vorzutäuschen, so lange, bis sich das gegebene Kommando am Fühler auswirkt, um ein Überregulieren und damit Unstabilwerden des Reglers zu verhindern. Wird nun bei einem solchen Regler die Stellung des Instrumentes, welches die entsprechenden Regelkommandos erteilt, gleichzeitig zur Anzeige, Registrierung bzw. Zählung der Meßgröße herangezogen, wie dies allgemein üblich ist, so wird während des Regelvorganges infolge des Eingriffes der Rückführung meist nicht die wahre, sondern die dem Regler durch die Rückführung vorgetäuschte Meßgröße angezeigt bzw. registriert. Es ist nun möglich, bei den beschriebenen Einrichtungen die Rückführung des Reglers so einzurichten, daß sie keine Rückwirkung auf die Anzeige-, Registrier- oder Zähleinrichtung hat, so daß eine unverfälschte Messung erfolgt.

   Obwohl in beiden Ausführungsbeispielen zwischen dem Abgleichgeber der Meßeinrichtung und dem Reglergeber lediglich eine mechanische Verbindung dargestellt wurde, ist es selbstverständlich, daß diese \^erbindung auch anders geartet sein kann.

   P A T E X T Λ N S P R C C H E:

   I. Mit einer Rückführung versehene Regeleinrichtung, bei der zwischen Fühler- und Reglerteil ein nachlaufgesteuerter Meßteil vorgesehen ist, durch den sowohl das Anzeige-

   instrument als auch der Regler gesteuert werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßteil zwei auf ein Ferraris-Kontaktwattmeter wirkende induktive Geber aufweist, von denen der eine durch den Fühler eingestellt wird und der andere durch einen vom Kontaktwattmeter gesteuerten Umkehrmotor nachstellbar ist, welcher gleichzeitig über Getriebemittel das Anzeigeinstrument und einen ebenfalls als induktiven Geber ausgebildeten Eingangsgeber des Reglers verstellt.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellteile des nachlaufgesteuerten Gebers des Meßteils und des Eingangsgebers des Reglers durch eine vom Umkehrmotor über ein Schneckengetriebe angetriebene Spindelachse miteinander direkt verbunden sind.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die induktiven Geber mit zwischengelagertem beweglichem Einstellteil ausgebildet sind.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die induktiven Geber verdrehbar gelagerte Tauchspulen und feststehende Erregerspulen aufweisen.
5. 5. Einrichtung nach Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselspulen der Meßteilgeber mit den zugeordneten Stromspulen des Kontaktwattmeters in Differentialschaltung verbunden sind.
6. 6. Einrichtung nach Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Tauchspulen mit den zugeordneten Stromspulen des Kontaktwattmeters in Nullstromschaltung verbunden sind.

   In Betracht gezogene Druckschriften:

   Deutsche Patentschriften Nr. 876917, 908921, 763649,732851;

   Buch von Engel und Oldenbourg, »Mittelbare Regler und Regelanlagen«, VDI-Verlag, Berlin, 1944, S. 159 bis 165;

   Katalog der Firma Leeds & Northrup Co., ND 4A(i), N-OOA;

   Buch von P. M. Plier, »Elektrische Messung mechanischer Größen«, Springer Verlag, 1948, S. 68 bis 71.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen