Einrichtung zur selbsttätigen Regelung einer veränderlichen physikalischen Grösse. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur selbsttätigen Re gelung veränderlicher Grössen, z. B. Tem peratur oder Druck, welche ein Steuerorgan umfasst, das durch einen umkehrbaren Hilfs motor betätigt wird, dessen Bewegungsrich tung gemäss den Änderungen der zu regeln den Grösse von einem Relaissystem ge steuert wird.
Der Hauptzweck der Erfindung liegt darin, eine Einrichtung zu schaffen, bei der in: der Hauptsache elektrische Geräte verwendet werden.
Bei bekannten Einrichtungen zur selbst tätigen Regelung veränderlicher Grössen, welche mit Hilfe eines Relais arbeiten, ist das Relais auf Änderungen in der Stellung des den Wert der zu regelnden Grösse an zeigenden Gerätes empfindlich.
Dies führt zu Pendelungen der Grösse um ihren ge wünschten Wert, .deren Tragweite von der "Verzögerung zwischen Einstellen des Aus- gleichmittels, z. B. eines Dampfventils, und der damit verbundenen Wirkung abhängig sind.
Selbst wenn sogenannte Rückführ- mittel vorgesehen werden, um die Bewegung der Ausgleichmittel zu hemmen, sind die Pendelungen der zu regelnden Grösse er- lieblich.
Beim Gegenstand der vorliegenden Er findung wird nun das Relais :durch Kontakt- mittel betätigt, die ein stromempfindliches Glied einschliessen, welches Glied einem Stromkreis angehört, der eine Elektronen röhre enthält, deren Gitter ein Potential er hält, das von einem Punkte P hergeleitet wird, der einem elektrischen System ange hört, welches Punkte P,
Q und g umfasst, von denen die Punkte P und Q über einen Widerstand, während die Punkte P und X über einen Kondensator miteinander verbun den sind, wobei dem Punkte Q ein vorher bestimmtes Potential erteilt wird, während dem Punkte X mittels einer zudem ,Steuer- organ angehörigen Kupplungseinrichtung .ein Potential erteilt wird,
das von der Stellung des Steuerorganes derart abhängig ist, dass es zu :der durch das Steuerorgan hervorge rufenen, entsprechenden Ausgleichwirkung annähernd proportional ist. Unter Ausgleich wirkung ist :die Wirkung des Steuerorganes zu verstehen, welche jede Abweichung :der zu regelnden Grösse von ihrem gewünschten Werte auszugleichen sucht.
Die Erfindung wird anhand .der Zeich nung beispielsweise bei Einrichtungen zur Temperaturregelung näher erläutert.
Fig. 1 stellt schematisch eine verein fachte Anordnung dar, bei der aus Gründen der Übersichtlichkeit :die Relaiseinrichtungen fortgelassen sind; Fig. 2 veranschaulicht eine praktische Ausführungsform der Anord nung nach Fig. 1 und Fig. 3 veransohau- licht eine weitere Ausführungsform des Ge genstandes der Erfindung; Fig. 4 stellt eine Variante eines Teils der Anordnung von Fig. 3 dar;
Fig. 5 zeigt schematisch eine wei tere Ausbildung der Erfindung, die in Ver bindung mit Fig. 1 verständlich ist.
Gemäss Fig. 1 wird ein Heizmittel, z. B. Dampf, in .eine Anlage, deren Temperatur geregelt werden soll, durch ein Rohr 1 mit Regelventil 2 (Steuerorgan) geleitet, welches Ventil durch einen Motor mit Reduktions getriebe, beide nicht dargestellt, betätigt wird. Der Stellungszeiger des Ventils 2 trägt ein Rad 3, das angetrieben wird, wenn das Ventil durch den Motor betätigt wird.
Ein zweites, zu Rad 3 koaxiales Rad 4 ist mit dem: Rad 3 ,durch eine einstellbare Stift- und Schlitzvorrichtung verbunden, so dass eine kleine, vorher bestimmte, freie Relativbewe gung der beiden Räder oder Scheiben gestat- tet ist.
Diese freie Bewegung (Winkel a) ist so eingestellt, dass sie dem Leergang zwi schen dem Befestigungspunkt :des Ventilstel- lungszeigers und dem Ventil selbst ent spricht, so dass keine Bewegung des Rades 4 eintritt, bis das Ventil selbst verschoben wird. Das Rad 4 trägt den Widerstand 5 eines Potentiometersys:tems. Auf diese Weise wird einem festen Kontaktarm 6, der dem oben erwähnten Punkte X entspricht, ein Potential verliehen, :
das von der Stellung,des Ventils 2 derart abhängt, dass es zu der durch :das Ventil hervorgerufenen, entsprechenden Ausgleichwirkung annähernd proportional ist.
Der Kontaktarm 6 ist mit der einen Platte :des Kondensators 7 verbunden, dessen an dere Platte über Widerstände 8 und 9 mit einem Anzeiger 10 für das Potential am Punkt P verbunden ist, welcher Anzeiger im stromempfindlichen Glied M.; eine Ver schiebung hervorruft. Der Punkt P ist selbst mit der einen Platte eines Kondensators 11 verbunden, dessen andere Platte mit einem Punkt Y verbunden ist, dessen Potential kon stant gehalten, zum Beispiel geerdet ist.
Vom Verbindungspunkt,der Widerstände 8 und 9 zweigt ein weiterer Widerstand 12 zum Punkt Q ab, an welchem das Potential mittels eines Potentiometers 13 auf einem dem gewünschten Werte der Temperatur entspre chenden Werte gehalten wird. Die Abwei chung der Temperatur von ihrem gewünsch- ten Werte wird durch das Organ M,. ange zeigt.
Es können mittel vorgesehen werden, um das Potential bei Q in Übereinstimmung mit irgendwelchem Verhaltender unter Kon trolle stehenden Grösse zu ändern.
Soll bei spielsweise die Temperatur mit der Zeit gleichmässig ansteigen, kann der Punkt Q die Form. eines Kontaktes annehmen, der sich über den Widerstand 13 bewegen kann und von einem mit konstanter Gesohwindig- keit laufenden Elektromotor durch ein Re- duktionsgetriebe angetrieben wird.
Gemäss Fig. 2 trägt der Thermometerarm 20 an seinem isolierten Ende einen leichten Aluminiumfortsatz 21, mit ,dem ein Platin draht 22 verbunden ist, welcher in einem schmalen Spalt zwischen zwei Silberkontak- ten 23, 24 spielt. Letztere werden von einem Kunstharzblock 25 mit Innengewinde ge tragen, in welches eine Spindel 26 eingreift.
Beim Drehen der .Spindel .bewegt sieh der Kontaktblock 25, der durch einen Stift 27 und einen Vertikalschlitz in der Führung 28 geführt ist, vertikal. Letztere endigt oben in eine horizontale Platte mit Lager 29 für das obere Ende der Spindel 26. Das untere Ende der Spindel 26 sitzt in einer Kupp lung 30, welche :durch ein Reduktionsgetriebe 31 mit einer Geschwindigkeit von zum Bei spiel fünf Touren/min. von einem Servormotor 32 angetrieben wird.
Dieser Servomotor ist dazu bestimmt, den Kontaktblock 25 so anzutreiben, dass er der freien Bewegung des Thermometerarmes 20 folgt. Dies geschieht durch die Wirkung von zwei kleinen Relais 33 und 34, die durch den Kontakt des Platindrahtes 22 mit ,dem einen oder andern der Kontakte 23 oder 24 erregt werden, wodurch entweder der Schalter 35 oder 36 geschlossen wird. Dabei wird der -Motor 32 in dem einen oder andern Sinne in Bewegung gesetzt, so !dass der Block 25 ge hoben oder gesenkt wird.
Durch ein zweites von der Spindel des Reduktionsgetriebes 31 angetriebenes Reduk tionsgetriebe 37 wird der Arm M, um einen gewissen Winkel verschwenkt. Der Arm trägt an seinem Ende zwei leichte Silber kontakte<B>88,</B> 39, zwischen denen ein Platin draht 42 spielt, welcher am Ende einer Drehspulen-I@lilliamperemeternadel 31, ange bracht ist, deren Antrieb 43 von üblicher Bauart ist.
Die Kontakte 3$, 39 sind durch zwei leichte Verbindungen 40, 41 mit den Gittern der Elektronenröhren 48, 51 ver bunden.
Die Vorrichtung, die in Fig. 1 bei 10 schematisch dargestellt ist, ist auf einer be sonderen Platte montiert und besteht in der Hauptsache aus einer Fünfelektrodenröhre 44. Gleichstromleiter speisen :die Heiz- und die Critter-Vorspannungsstromkreise. Der Heiz stromkreis umfasst zwei in Reihe geschaltete Zweivolt-Akkumulatoren 45 grosser Kapazi tät. Eine Hochspannungsbatterie 46A von geeigneter Spannung, z.
B. 20 Volt, ist mit dem Gitterwiderstand 46 verbunden. Diese Batterie speist auch das abgestufte Potentio- meter 5, welches am Rad 4 befestigt ist, und von welchem der Punkt Y sein Potential emp fängt, und ferner das ortsfeste, lineare Poten- tiometer 13, von :dem der Punkt Q sein Po- tential erhält.
Der Kondensator 7, die Wi derstände 8 und 9, der Kondensator 11 und der Widerstand 12 sind zur Hauptsache die selben wie in Fig. 1.
Der Anodenstrom durch die Röhre 44 ist bei sich gleichbleibenden Bedingungen kon stant und :durch den Wert :der Gitterspan nung bei Q bestimmt. Er fliesst durch das Milliamperemeter 43, indessen Nebenschluss ein veränderlicher Widerstand 47 angeordnet ist, um eine normale Ablenkung von geeig- neter Grössenordnung aufrecht zu erhalten, wobei der Stift 42 zwischen den Kontakten 38 und 39 liegt, ohne sie zu berühren.
Wenn die Temperatur sich jedoch so ändert, dass die Kontakte 42 und 38 sich schliessen, wird das Gitterpotential der Röhre 48, das :dem des negativen Pols der Gitterbatterie 46A entsprach, auf :den des mit dem positiven Pol des Gleichstromleiters verbundenen Glüh drahtes erhöht. Die Röhre wird stärker lei tend gemacht und die Relaisspulenwicklung 49 des Quecksilberumschalters 50 wird ge nügend erregt, um den Ankerstromkreis des Dampfventilmotors VM zu schliessen.
Die Richtung des :dabei fliessenden Stromes ist eine solche, dass Idas Steuerorgan (z. B. :das Dampfventil) sich in einem solchen Sinne be wegt, dass >der konstant zu haltende Tem peraturwert wieder hergestellt wird.
Wenn sich das Dampfventil bewegt, verursacht die Potentialänderung im Punkt X eine Poten tialänderung in der rechten Platte des Kon- densators 7 und damit über Widerstände 8 und 9 eine Potentialänderung im Punkt P, also des Gitterpotentials der Röhre 44.
Diese letztere Anderung hat :die richtige Polarität, um den Wert des Anodenstromes .der Röhre 44 in .solcher Weise zu ändern, :dass die Milli- meteramperenadel M2 :der Bewegung des die erhöhte Temperatur anzeigenden Anzeigers M, folgt, und ,sich fortsetzt, bis der Platin draht 42 wieder frei vom Kontakt 38 wird.
Wenn der Platindraht 42 "den Kontakt 39 berührt, wird die Röhre 51 leitend gemacht und die Spule 52 erregt, um,den ,Quecksilber- schalter 50 in umgekehrtem Sinn zu schlie ssen. Ein von Hauptstromsohwankungen oder dergleichen herrührender Augenblickskon takt vermag jedoch die Röhre 48 oder 51 nicht leitend zu machen.
Infolge .der Ab wesenheit der Widerstände 53 und 54 in den Gitterstromkreisen der Röhren, sowie der Kondensatoren 5,5 und 56 in den Gitter-Ka- thodenstromkreisen und der Nebenschluss- widerstände 57 und 58 muss der Kontakt zwi schen dem Draht 42 und den Kontakten 3'8 und 39 für kurze Zeit, z.
B. fünf Sekunden, aufrecht erhalten bleiben, bevor das Gitter sein Endpotential erreicht. Ebenso unter bricht Augenblicksunterbrechung des Kon taktes den Relaisstromkreis nicht, da .der Gitterkondensator 55 oder 56 das Gitter potential nicht sofort aufhebt, sondern es noch zirka fünf Sekunden auf einer genü genden Höhe erhält.
Die Widerstände 8, 9 und 1.2, von denen irgend einer veränderlich sein kann, gestat ten jedoch der Aufladung am Steuergitter der Röhre 44, langsam zu entweichen, bis das Potential am Punkt P wieder auf jenes am Punkt Q gebracht ist, worauf der Gitter und Anodenstrom wieder ihre normalen Werte besitzen. Die Milliampäremeternadel 1Y12 geht daher selbst langsam in ihre Mittel- stellung konstanter Ablenkung zurück,
dabei .den Draht 42 mit dem Kontakte 38 oder 39 in Berührung bringend und so die Einstel lung des Steuerorganes ändernd. Da dies nur gleichzeitig mit der Wiederherstellung der angezeigten Temperatur auf ihren Nor malwert eintreten kann, so wird das Ventil weiter gezwungen, sich in einer :den geänder ten Bedingungen angepassten Stellung zu sta bilisieren.
Durch mathematische Analyse lässt es sich beweisen, .dass die Ausgleicliwirkung,des Steuerorganes zu den Abweichungen der zu regelnden Grösse in einem bestimmten Ver- hältnis steht. Hierbei soll die Ausgleich wirkung folgender Gleichung Folge leisten:
EMI0004.0038
wobei - V den augenblicklichen Wert der vom Steuerorgan beherrschten Grösse, z. B.
der Dampfmenge, bedeutet, die zum Wieder- herstellen des gewünschten Wertes der zu regelnden Grösse angewendet wird; 0 stellt die Abweichung ,der zu regelnden Grösse dar, und k1, k2, k., sind ausgewählte Konstanten, von denen :gegebenenfalls k@ null sein kann.
Die Aufgabe des Kondensators 11 be steht darin, der Regelungseinrichtung eine dem Wert k 3
EMI0004.0054
entsprechende Korrektur zu erteilen, wobei 0 die Abweichung der Tem peratur von dem gewünschten Werte und k3 eine Konstante bedeuten. Der in den Kon densator fliessende Strom ist gleich der Ka- pazitent C11,
multipliziert mit der Ande- rungsgeschwindigkeit des Potentials bei P (von M2 angezeigt), welch letztere Grösse der Änderungsgeschwindigkeit der angezeigten Temperatur, nämlich
EMI0004.0069
proportional ist.
Obgleich die drei Teile der elektrischen Einrichtung nicht unabhängig voneinander sind, trifft es zur Hauptsache doch zu, 1. dass der X mit P verbindende Konden sator 7 einen zu 0 proportionalen Potential- wert liefert, 2. dass die Hinzufügung des Wi derstandes 12;
einen Proportionalwert zu
EMI0004.0079
Odt einführt, und 3., dass die weitere Hinzu fügung des Kondensators 11 und,der Wider stände 8 und 9 einen Proportionalwert zu.
EMI0004.0085
einführt.
Die Wahl der Werte für den Kon densator 7,,die Widerstände 8, 9 und 12 und .der Kondensator 11 bestimmt die Werte der drei Proportionalitäts-Konstanten k1, <B>4</B> und k3, welche vorher .gemäss der besonderen Art der unter Regelung stehenden Einrichtung gewählt worden sind.
Die Summe dieser drei Potentialwerte
EMI0004.0098
ist dem Potential bei X gleichwertig, welches proportional ist dem augenblick lichen Wert der vom Steuerorgan her vorgerufenen Ausgleichwirkung, die zum Wiederherstellen des gewünschten Wertes der zu regelnden Grösse angewendet wird. Das Potential bei X kann durch Einsetzung oder Änderung :der Widerstände 59 und 60 geändert werden, in Abhängigkeit von Be triebsgrössen, welche den Wert der zu regeln den Grösse zu beeinflussen vermögen. Eine solche Betriebsgrösse kann zum Beispiel :der Druck :des Heizmittels sein.
Wenn der Druck sich ändert, was nach :einer Verzögerung. deren Grösse von der Art der unter Rege lung stehenden Anlage abhängig ist, zu einer Temperaturänderung führen wird, so werden die Widerstände 59 und 60 entsprechend ver ändert. Darauf ändert sich das Potential am Punkt P, so dass :die Regelungseinrichtung arbeitet, als ob sich die Temperatur schon geändert hätte, obgleich sie durch die Druck änderung des Heizmittels noch nicht beein- flusst worden ist.
Auf diese Weise kommt die Regelungseinrichtung den Änderungen der zu regelnden Grösse infolge der Ände rungen jener Betriebsgrösse zuvor und die Regelung erfolgt sanfter, als sie sonst erreicht wäre.
Beim Beispiel nach Fig. 3 trägt der Ther mometer, oder ein anderer Anzeiger 120, am isolierten Ende einen leichten Kontakt 121 aus Platin oder einem andern Edelmetall, welcher an einem dicht gewickelten Wider stand 122 eines Potentiometers liegt, zwi schen dessen Enden sich eine Potentialdif ferenz von zum Beispiel 20 Volt befindet. Der Metallwiderstand 122 kann auch durch einen Flüssigkeitswiderstand 123 ersetzt werden, in welchem sich die bewegliche Elektrode 124 zwischen zwei ortsfesten Elektroden 125, 126 befindet. Hierbei kann der Elektrolyt Was ser oder eine andere anorganische oder or ganische Flüssigkeit mit einem hohen, spe zifischen Widerstand sein.
Der Widerstand 5 ist mit dem Wider stand 122 (oder 128) und mit dem Wider stand 13 parallel geschaltet. Alle drei Wi derstände werden über :dem potentiometri- sehen Widerstand 127 an Spannung gelegt, jedoch braucht die den einzelnen Widerstän den zugeführte Spannung nicht gleich zu sein.
Der Anzapfpunkt 6 ist über den Kon- densator 7, die Widerstände 8, 9 und 12 und ,der Kondensator 11 mit dem Punkt P ver bunden, welcher dem Gitter<B>131</B> einer Drei elektrodenverstärkerröhre 180 von grosser Stromdurchgangsfähigkeit entspricht. Der Anode 132 wird ein positives Potential von zum Beispiel 2:00 Volt oder mehr gegen Erde über einen Widerstand 1.33 von annähernd dem zehnfachen Werte des: Widerstandes. des Relais 150 zugeführt. Eine Klemme der be weglichen Spule des Relais 150 ist mit der Anode 182 verbunden.
Die Kathode 184, welche direkt oder indirekt heizbar sein kann, ist gemeinsam mit der Kathode 144 der Röhre 140 über den Widerstand<B>127</B> an Erde gelegt.
Der Anzapfpunkt 121 (oder 124) ist mit dem Gitter 141 der Dreielektroden-Verstär- kerröhre 140 verbunden. deren Anode 142 dasselbe Potential wie die Anode<B>132</B> über einen Widerstand 143 von gleichem Wert wie der Widerstand 133 erhält. Die zweite Klemme des Relais 150 ist mit :der Anode 142 verbunden.
Mit :den zwei Heizkörpern :der Röhren 13:0 und 140 ist der Widerstand 127 in Reihe geschaltet, welcher ,genügend gross ist, um beim Fliessen des Heizstromes einen Span nungsabfall von zum Beispiel 40 Volt her beizuführen. Parallel zu diesem -Wider.stande sind ,die drei parallelen Potentiometer 5, 13 und 122 (oder 128) angeordnet, von denen je ein Ende mit :der gemeinsamen Verbin dung zwischen den Kathoden und dem Heiz stromkreis verbunden ist, während :die an dern Enden in drei Gleitkontakte 1286, 12.813 und l2821 endigen. Ein Widerstand 1.29- ist in die positive Seite eingeschaltet. .
Das Relais 150 ist ein empfindliches Nie :drigverbrauch-Mikroamperemeter mit einem einstellbaren Nebenschluss 151 zwischen sei nen beweglichen Spulenklemmen versehen. Es bewegt seinen leichten Kontakt 152 nach links oder rechts, je nachdem der den Wider stand<B>133</B> und die Röhre 130 enthaltende Stromkreis mehr oder weniger Strom als der parallele Stromkreis 143, 140 führt.
Da 138 und 143 unveränderlich sind, bestimmen die relativen Impedanzen der Röhren 180 und 140 die Bewegung des Kontaktes 152, wo bei diese Impedanzen durch die an jedes Gitter angelegten negativen Potentiale be stimmt werden.
Der Zweck des Relais 150 ist der, das negative, vom Widerstande 5 abgeleitete und der Röhre<B>130</B> erteilte Po tential zu veranlassen, schrittweise den Än derungen im negativen Potential zu folgen, welche von den Bewegungen des Thermo- meterarmes 120 (Kontakt 121 oder 124) am Widerstand 12.2 (oder 123) abgeleitet und der Röhre 140 erteilt werden.
Wenn :die beiden negativen Potentiale und die Anodenströme ungleich sind, so schliesst das Relais 150 sei nen leichten Kontakt 152 entweder mit dem Kontakt 153 oder dem Kontakt 154.
Im ersten Fall wird die Röhre 16,0 ver- anlasst, ihr Gitterpotential gegen Erde auf jenes der Kathode 1,61 zu erhöhen, und zwar wegen der Belastung des Kondensators <B>162</B> durch den Verzögerungswiderstand 163, bis die Relaisspule 164 des Schalters 1,65 genü gend erregt ist, um den Ankerstromkreis des Dampfventilmotors VM zu schliessen, und zwar so, .dass das Dampfventil sich in einem Sinn bewegt, bei welchem die Temperatur wieder hergestellt wird. Wenn sich das Dampfventil bewegt,
so verursacht die Po tentialänderung im Punkt X eine Potential änderung der linken Platte des Kondensators 7 und dadurch eine Potentialänderung im Punkt P, also des negativen Steuergitter potentials der Röhre 1.30. Diese Änderung hat dieselbe Polarität wie die vom Thermo- meterarm 12:0 der Röhre 1-40 erteilte Poten tialänderung. Sind diese Änderungen gleich gross, so sind die Anodenstromkreise in den Widerständen 133 und 143 gleich und das Relais 150 ist vollständig stromfrei. Vorher werden jedoch die Kontakte 152 und 153 den Stromkreis öffnen.
Die Röhre 160 hört je doch nicht sofort auf zu leiten, sondern leitet, bis der Kondensator 1,62 durch den Wider stand 166 genügend entladen ist, um' :den Anodenstrom in der Schalterspule 164 unter seinen Haltewert zu bringen. Dieses Zeit intervall kann .durch Veränderung des Wider standes 166 so eingestellt werden, dass es dem Intervall zwischen der Trennung der Ka thode 152 und 153 und der absoluten Gleich heit der Anodenströme entspricht.
In ähnlicher Weise erhöht der Kontakt nach rechts zwischen 152 und 1.54 das Git terpotential der Röhre 170 auf jenes ihrer Kathode 171, und zwar :durch Laden des Kondensators 172 vom Verzögerungswider stand 173 aus. Die Spule 174 des Schalters 1,7.5 wird erregt, um den Ankerstromkreis des Ventilmotors VITI mit vertauschter Po larität zu schliessen. Wenn die Gitterpoten- tiale wieder wenigstens nahezu gleich sind, wird die Wicklung 174 durch Öffnen der Kontakte 152 und 154 stromlos, worauf sich der Kondensator 172 :durch .den Widerstand 176 entladet.
Von Hauptstrom-Schwankungen oder an dern Ursachen herrührende Augenblicks kontakte werden, wie mit Bezug auf Fig. 2 beschrieben, durch die Verzögerungswider- stän-de 163 und 173 in :den Gitterstromkrei sen der Röhren 160 und 170, .?owie -durch die zugehörigen Kondensatoren 162 und 172 und Abflusswiderstän:de 166 und 176 un schädlich gemacht.
Eine .dem Beispiel nach Fig. 3 ähnliche Anordnung mit Thermoelement, anstatt eines Thermometers, soll nun anhand der Fig. 4 beschrieben werden, welche den Teil der Ein richtung zeigt, der sich vorhin aus,dem Ther- mometerarm 12:0, dem Kontakt 121 und Po tentiometer-Widerstand 122 oder statt :des sen aus den Elektroden 124, 125, 126 und :den Flüssigkeitswiderstand<B>123</B> zusammen setzte.
Die elektromotorische Kraft .des Ther- moelementes wird direkt auf das Gitter einer Fünfelektrodenröhre 181 mit steiler Kenn linie übertragen, welche mittels geeignet be messener Werte des Anodenwiderstandes 182 und des Kupplungskondensators 18.3 ,die ver hältnismässig kleinen Spannungsänderungen verstärkt, um eine Stufenverstärkung von zum Beispiel 200 zu erreichen,
worauf die verstärkte Spannung auf eine zweite ähn liche Röhre 184 mit Anodenwiderstand 185 und Kupplungskondensator 186 übertragen wird, um dieselbe Stufenverstärkung zu er- halten, so dass der Gesamteffekt nicht weni ger als 1 Volt pro, Grad C beträgt. Diese Spannung wird dann schliesslich an das Git ter 1,41 der Dreielektrodenröhre 140, mit ihrem Anodenwiderstand 143, zur Haupt sache wie oben beschrieben, zugeführt.
In gewissen Fällen, wo sehr grosse Ver zögerungen zwischen der Einstellung des Steuerorganes und der hervorgerufenen Ände rung der zu regelnden Grösse vorkommen, würde der Kondensator 7 (Fig. 3) unzweck mässig gross und teuer. Da wegen der innern Verluste elektrolytische Kondensatoren un geeignet sind, wird ein elektrochemischer Polarisator der unter dem Namen Daniell- Zelle bekannten Art benutzt..
Bei dieser be sonderen Anwendung wird ein Strom gleich bleibenden Wertes der Zelle zugeführt, so lange der Ventilmotor VM läuft, und zwar in der einen oder andern Richtung, je nach dem ob der Schalter 165 oder 175 gearbeitet hat. Der Durchgang des Stromes durch die Zelle bewirkt eine zunehmende elektromotori- sehe Kraft (mit einer Grenze von zirka. 1,43 Volt), je nach dem Sinne, in welchem der Strom der Zelle zugeführt wird, während sich bei nachfolgender Umkehr dieses Stro mes zunächst ,die Zelle in derselben Zeit, die sie zum Polarisieren bedurfte, allmählich de polarisiert und dann eine Steigerung der elek tromotorischen Kraft in entgegengesetztem Sinne hervorruft.
In Fig. 5 bezeichnet & 0 entweder den Temperaturzeigerarm selbst oder einen an- getriebenen Arm, der die Bewegungen des Temperaturanzeigers vergrössert. Ein Beispiel einer solchen Vergrösserung ist bereits mit Fig. 2 gegeben worden.
Am Ende .des Ar mes 80 sitzt ein Kontakt 81, der an dem Widerstande 82 eines Potentiometersystems anliegt, wodurch der Platte R des Konden- sators 83 Potentialänderungen erteilt werden, die angenähert proportional den Änderungen der Temperatur sind. Die Platte L ist durch den Widerstand 84 und den Kondensator 85 mit einem Punkt konstanten Potentials und ferner mit einem Potentialanzeiger 86 ver bunden, dessen Arm mit Ml bezeichnet sei.
Die Bewegungen dieses Armes werden in gleicher Weise benützt, wie jene des Armes Ml in Fig. 1. Der Anzeiger 86, welcher den anfangs! vergrösserten Wert .der Verschiebung des Zeigers 80 .anzeigt, kann dieselbe Form, wie der Anzeiger 10 haben, welcher mit Be zug auf Fig. 1 beschrieben wurde.
Der Zweck der Vergrösserung der Aus schläge des Zeigers 80 besteht darin, au genblicklich eine Ausgleiehwirkung zu er zeugen, welche grösser ist als die, die erfor derlich ist zum Ausgleich der Störung, auf welcher die Ausschläge des Zeigers beruhen. Dadurch wird der gewünschte Wert der Grösse, zum Beispiel Dampfmenge, rascher hergestellt in Fällen, wo plötzliche Anderun- gen der letzteren eintreten.
Dass die Bewegungen des Zeigers 80 durch den Zeiger 8,6 vergrössert werden, lässt sieh zeigen wie folgt: V81 sei .das Potential am Ende von 80 (d. h. im Punkte 81), V88 sei das Potential am Zeiger 8-6, Null sei das Potential an der Erde, i sei der durch den Widerstand 84 fliessende Strom.
Dann ist
EMI0007.0045
(die C sind Kapazitäten der betreffenden Kondensatoren und r ist der Widerstand)
EMI0007.0046
daher
EMI0007.0047
Setzt man in Gleichung (3) V86 = z und V 81 <I>=</I> 7n <I>0</I> ein, wobei
EMI0007.0053
ist, so erhält man:
EMI0008.0001
gesetzt wurde.
Wenn eine lineare Störung eintritt, so dass<I>0 = Ist</I> ist, so ist die Lösung von (3a):
EMI0008.0003
weil man beim Differenzieren von (4) erhält:
EMI0008.0004
.daher,
EMI0008.0006
Da aber
EMI0008.0007
ist, so folgt
EMI0008.0009
Setzt man in Gleichung @(4)
EMI0008.0011
und ss <I>=</I> B1 ein, so erhält man
EMI0008.0014
Hieraus ergibt sich
EMI0008.0015
Bei sehr kleinen Werten von<I>t,</I> ist e R t r= 1, daher z = O,
aber
EMI0008.0020
Die Änderung des Potentials an 8,6 ist also grösser als die Änderung des Potentials 81. Bei grossen Werten von t ist e ss t = @irid demnach r <I>= 0</I> + <I>a</I> und
EMI0008.0027
In Fällen, wo kein Gleichstrom, sondern nur Wechselstromzufuhr verfügbar ist, kön nen die Einrichtungen nach Fig. 2, 3, 4 und 5 so abgeändert werden,
dass die Heizstrom kreise von den einzelnen Röhren von einem Transformator mit 4 Volt Sekundärwick- lungsabgabe gespeist werden, während der Hochspannungsgleichstrom von einem Elek tronenröhren- oder Kupferoxyd-Gleichrichter geliefert wird, zur Hauptsache, wie bei Wechselstrom-Radioempfängern. Der Ventil motor kann sowohl ein Ein-, als auch ein Mehrphasenmotor sein.
Device for the automatic regulation of a variable physical quantity. The present invention relates to a device for automatic Re gelation of variable sizes, for. B. Tem temperature or pressure, which comprises a control element which is operated by a reversible auxiliary motor, the direction of movement of which is controlled by a relay system according to the changes in the size to be regulated.
The main purpose of the invention is to provide a device in which mainly electrical devices are used.
In known devices for the self-acting regulation of variable variables, which work with the aid of a relay, the relay is sensitive to changes in the position of the device showing the value of the variable to be controlled.
This leads to the size oscillating around its desired value, the extent of which depends on the "delay between setting the compensating means, e.g. a steam valve, and the associated effect.
Even if so-called return means are provided in order to inhibit the movement of the compensating means, the oscillations of the variable to be controlled are acceptable.
In the subject of the present invention, the relay is now: operated by contact means that include a current-sensitive member, which member belongs to a circuit that contains an electron tube, the grid of which he holds a potential that is derived from a point P, which belongs to an electrical system, which point P,
Q and g, of which the points P and Q via a resistor, while the points P and X are connected to one another via a capacitor, the point Q being given a predetermined potential, while the point X is also given a control - organ associated coupling device. a potential is granted,
which is so dependent on the position of the control organ that it is approximately proportional to: the corresponding compensatory effect caused by the control organ. The compensation effect is to be understood as the effect of the control organ, which seeks to compensate for every deviation: of the variable to be controlled from its desired value.
The invention is explained in more detail with reference to the drawing, for example in the case of devices for temperature control.
Fig. 1 schematically shows a simplified arrangement in which, for the sake of clarity: the relay devices are omitted; FIG. 2 illustrates a practical embodiment of the arrangement according to FIG. 1 and FIG. 3 shows a further embodiment of the subject matter of the invention; Fig. 4 shows a variant of part of the arrangement of Fig. 3;
Fig. 5 shows schematically a white direct embodiment of the invention, which is understood in connection with FIG.
According to Fig. 1, a heating means, for. B. steam, in .ein a system whose temperature is to be regulated, passed through a pipe 1 with control valve 2 (control element), which valve is operated by a motor with reduction gear, both not shown. The position indicator of the valve 2 carries a wheel 3 which is driven when the valve is actuated by the motor.
A second wheel 4, coaxial with wheel 3, is connected to wheel 3 by an adjustable pin and slot device so that a small, previously determined, free relative movement of the two wheels or disks is allowed.
This free movement (angle a) is set in such a way that it corresponds to the backlash between the fastening point: the valve position pointer and the valve itself, so that no movement of the wheel 4 occurs until the valve itself is displaced. The wheel 4 carries the resistor 5 of a potentiometer system. In this way, a fixed contact arm 6 corresponding to the above-mentioned point X is given a potential:
which depends on the position of the valve 2 in such a way that it is approximately proportional to the corresponding compensating effect caused by: the valve.
The contact arm 6 is connected to one plate: of the capacitor 7, the other plate of which is connected via resistors 8 and 9 to an indicator 10 for the potential at point P, which indicator is in the current-sensitive element M .; causes a shift. The point P is itself connected to one plate of a capacitor 11, the other plate of which is connected to a point Y, the potential of which is kept constant, for example grounded.
From the connection point, the resistors 8 and 9, another resistor 12 branches off to the point Q, at which the potential is held by means of a potentiometer 13 at a value corresponding to the desired temperature. The deviation of the temperature from its desired value is indicated by the organ M ,. displays.
Means can be provided to change the potential at Q in accordance with any behavior of the quantity under control.
If, for example, the temperature should rise evenly over time, point Q can define the shape. assume a contact that can move across the resistor 13 and is driven by an electric motor running at a constant speed through a reduction gear.
According to FIG. 2, the thermometer arm 20 carries a light aluminum extension 21 at its insulated end, with which a platinum wire 22 is connected, which plays in a narrow gap between two silver contacts 23, 24. The latter are carried by a synthetic resin block 25 with an internal thread, in which a spindle 26 engages.
When the .spindel is rotated, the contact block 25, which is guided through a pin 27 and a vertical slot in the guide 28, moves vertically. The latter ends at the top in a horizontal plate with bearing 29 for the upper end of the spindle 26. The lower end of the spindle 26 sits in a coupling 30, which: by a reduction gear 31 at a speed of, for example, five revolutions / min. is driven by a servo motor 32.
This servomotor is intended to drive the contact block 25 in such a way that it follows the free movement of the thermometer arm 20. This is done by the action of two small relays 33 and 34, which are excited by the contact of the platinum wire 22 with one or the other of the contacts 23 or 24, whereby either the switch 35 or 36 is closed. The motor 32 is set in motion in one sense or the other, so that the block 25 is raised or lowered.
By a second driven by the spindle of the reduction gear 31 reduction gear 37, the arm M is pivoted by a certain angle. At its end, the arm has two light silver contacts <B> 88, </B> 39, between which a platinum wire 42 plays, which is attached to the end of a moving coil I @ lilliamperemeter needle 31, the drive 43 of which is of conventional design is.
The contacts 3 $, 39 are ver by two light connections 40, 41 with the grids of the electron tubes 48, 51 connected.
The device, which is shown schematically in Fig. 1 at 10, is mounted on a special plate and consists mainly of a five-electrode tube 44. Direct current conductors feed: the heating and the critter biasing circuits. The heating circuit includes two series-connected two-voltage batteries 45 large capacity. A high voltage battery 46A of suitable voltage, e.g.
B. 20 volts is connected to the grid resistor 46. This battery also feeds the graduated potentiometer 5, which is attached to the wheel 4, and from which the point Y receives its potential, and furthermore the stationary, linear potentiometer 13, from which the point Q receives its potential receives.
The capacitor 7, the resistors 8 and 9, the capacitor 11 and the resistor 12 are mainly the same as in FIG. 1.
The anode current through the tube 44 is constant under constant conditions and: by the value: the grid voltage at Q is determined. It flows through milliammeter 43 while shunting a variable resistor 47 to maintain a normal deflection of a suitable magnitude with pin 42 between contacts 38 and 39 without touching them.
However, if the temperature changes such that contacts 42 and 38 close, the grid potential of tube 48, which was that of the negative pole of grid battery 46A, is increased to that of the glow wire connected to the positive pole of the DC conductor. The tube is made more conductive and the relay coil winding 49 of the mercury switch 50 is energized enough to close the armature circuit of the steam valve motor VM.
The direction of the current flowing is such that Ida's control element (e.g. the steam valve) moves in such a way that> the temperature value to be kept constant is restored.
When the steam valve moves, the change in potential at point X causes a change in potential in the right plate of the capacitor 7 and thus, via resistors 8 and 9, a change in potential at point P, i.e. the grid potential of the tube 44.
This latter change has: the correct polarity to change the value of the anode current of the tube 44 in such a way that: the millimeter needle M2: follows the movement of the indicator M, indicating the increased temperature, and, continues, until the platinum wire 42 is free of contact 38 again.
When the platinum wire 42 ″ touches the contact 39, the tube 51 is made conductive and the coil 52 is energized in order to close the mercury switch 50 in the opposite direction. However, the tube 48 is capable of instantaneous contact resulting from fluctuations in the main current or the like or make 51 non-conductive.
Due to the absence of the resistors 53 and 54 in the grid circuits of the tubes, as well as the capacitors 5, 5 and 56 in the grid-cathode circuits and the shunt resistors 57 and 58, the contact between the wire 42 and the contacts 3'8 and 39 for a short time, e.g.
B. five seconds, before the grid reaches its final potential. Likewise, the instantaneous interruption of the contact does not interrupt the relay circuit, since the grid capacitor 55 or 56 does not immediately cancel the grid potential, but instead receives it for about five seconds at a sufficient height.
The resistors 8, 9 and 1.2, any one of which can be variable, however, allow the charge on the control grid of the tube 44 to escape slowly until the potential at point P is brought back to that at point Q, whereupon the grid and Anode currents return to their normal values. The milli-ampere meter needle 1Y12 therefore slowly returns to its central position of constant deflection,
thereby bringing the wire 42 into contact with the contacts 38 or 39 and thus changing the setting of the control element. Since this can only occur simultaneously with the restoration of the displayed temperature to its normal value, the valve is further forced to stabilize in a position adapted to the changed conditions.
By means of mathematical analysis it can be proven that the balancing effect of the control organ is related to the deviations of the variable to be regulated. The compensation effect should obey the following equation:
EMI0004.0038
where - V is the current value of the variable controlled by the control organ, e.g. B.
the amount of steam, means that is used to restore the desired value of the variable to be controlled; 0 represents the deviation of the variable to be controlled, and k1, k2, k., Are selected constants, of which: if necessary, k @ can be zero.
The task of the capacitor 11 is to give the control device a value k 3
EMI0004.0054
to issue a corresponding correction, where 0 is the deviation of the temperature from the desired value and k3 is a constant. The current flowing into the capacitor is equal to the capacitance C11,
multiplied by the rate of change of the potential at P (indicated by M2), which latter quantity of the rate of change of the displayed temperature, namely
EMI0004.0069
is proportional.
Although the three parts of the electrical installation are not independent of one another, it is mainly true that 1. that the capacitor 7 connecting X with P supplies a potential value proportional to 0, 2. that the addition of the resistor 12;
a proportional value
EMI0004.0079
Odt introduces, and 3. that the further addition of the capacitor 11 and, the resistors 8 and 9 have a proportional value.
EMI0004.0085
introduces.
The choice of the values for the capacitor 7,, the resistors 8, 9 and 12 and .the capacitor 11 determines the values of the three proportionality constants k1, <B> 4 </B> and k3, which previously .according to the particular Type of institution under regulation have been selected.
The sum of these three potential values
EMI0004.0098
is equivalent to the potential at X, which is proportional to the instantaneous value of the compensatory effect called up by the control unit, which is used to restore the desired value of the variable to be regulated. The potential at X can be changed by inserting or changing: the resistors 59 and 60, depending on operating variables that are able to influence the value of the variable to be regulated. Such an operating variable can be, for example: the pressure: of the heating medium.
If the pressure changes, what after: a delay. whose size depends on the type of system under control, will lead to a temperature change, the resistors 59 and 60 are changed accordingly. The potential at point P then changes, so that: the control device works as if the temperature had already changed, although it has not yet been influenced by the change in pressure of the heating medium.
In this way, the control device anticipates the changes in the variable to be controlled as a result of the changes in that operating variable, and the control is more gentle than would otherwise be achieved.
In the example of FIG. 3, the thermometer, or another indicator 120, carries a light contact 121 made of platinum or another noble metal at the isolated end, which was on a tightly wound counter-122 of a potentiometer, between the ends of which there is a potential difference reference of, for example, 20 volts. The metal resistor 122 can also be replaced by a liquid resistor 123 in which the movable electrode 124 is located between two stationary electrodes 125, 126. The electrolyte here can be water or another inorganic or organic liquid with a high, specific resistance.
The resistor 5 is with the counter stand 122 (or 128) and with the counter stand 13 connected in parallel. All three resistors are connected to voltage via: the potentiometric resistor 127, but the voltage supplied to the individual resistors need not be the same.
The tapping point 6 is connected via the capacitor 7, the resistors 8, 9 and 12 and the capacitor 11 to the point P, which corresponds to the grid 131 of a three-electrode amplifier tube 180 of high current-carrying capacity. The anode 132 has a positive potential of, for example, 2:00 volts or more to ground via a resistor 1.33 of approximately ten times the value of the resistance. of the relay 150 supplied. One terminal of the movable coil of the relay 150 is connected to the anode 182.
The cathode 184, which can be directly or indirectly heated, is connected to earth together with the cathode 144 of the tube 140 via the resistor 127.
The tapping point 121 (or 124) is connected to the grid 141 of the three-electrode amplifier tube 140. the anode 142 of which receives the same potential as the anode 132 via a resistor 143 of the same value as the resistor 133. The second terminal of relay 150 is connected to: anode 142.
With: the two radiators: the tubes 13: 0 and 140, the resistor 127 is connected in series, which is sufficiently large to cause a voltage drop of, for example, 40 volts when the heating current flows. Parallel to this -Wider.stande are the three parallel potentiometers 5, 13 and 122 (or 128), one end of which is connected to: the common connection between the cathodes and the heating circuit, while: the other Ends terminate in three sliding contacts 1286, 12813 and 12821. A resistor 1.29- is connected to the positive side. .
The relay 150 is a sensitive low-consumption micro-ammeter with an adjustable shunt 151 between its movable coil terminals. It moves its light contact 152 to the left or right, depending on whether the circuit containing the resistance 133 and the tube 130 carries more or less current than the parallel circuit 143, 140.
Since 138 and 143 are invariable, the relative impedances of tubes 180 and 140 determine the movement of contact 152, where these impedances are determined by the negative potentials applied to each grid.
The purpose of the relay 150 is to cause the negative potential derived from the resistor 5 and imparted to the tube 130 to gradually follow the changes in the negative potential caused by the movements of the thermometer arm 120 (contact 121 or 124) can be derived from resistor 12.2 (or 123) and given to tube 140.
If: the two negative potentials and the anode currents are unequal, the relay 150 closes its light contact 152 either with the contact 153 or the contact 154.
In the first case, the tube 16.0 is caused to increase its grid potential to earth to that of the cathode 1.61, to be precise because of the loading of the capacitor 162 by the delay resistor 163 until the relay coil 164 of the switch 1.65 is energized enough to close the armature circuit of the steam valve motor VM, in such a way that the steam valve moves in a sense at which the temperature is restored. When the steam valve moves,
the change in potential at point X thus causes a change in potential of the left plate of capacitor 7 and thereby a change in potential at point P, that is to say of the negative control grid potential of tube 1.30. This change has the same polarity as the change in potential given by the thermometer arm 12: 0 of the tube 1-40. If these changes are the same, the anode circuits in the resistors 133 and 143 are the same and the relay 150 is completely current-free. Before that, however, contacts 152 and 153 will open the circuit.
The tube 160 does not stop conducting, however, immediately, but conducts until the capacitor 1.62 stood through the counter 166 is sufficiently discharged to ': bring the anode current in the switch coil 164 below its holding value. This time interval can be adjusted by changing the resistance 166 so that it corresponds to the interval between the separation of the cathode 152 and 153 and the absolute equality of the anode currents.
Similarly, the contact to the right between 152 and 1.54 increases the grid potential of the tube 170 to that of its cathode 171, namely: by charging the capacitor 172 from the delay resistor 173 stood off. The coil 174 of the switch 1,7.5 is excited to close the armature circuit of the valve motor VITI with reversed polarity. When the grid potentials are at least almost the same again, the winding 174 is de-energized by opening the contacts 152 and 154, whereupon the capacitor 172 is discharged through the resistor 176.
2, as described with reference to FIG. 2, through the delay resistors 163 and 173 in: the grid circuits of the tubes 160 and 170,.? Ow - through the associated Capacitors 162 and 172 and discharge resistors 166 and 176 made harmless.
An arrangement similar to the example according to FIG. 3 with a thermocouple instead of a thermometer will now be described with reference to FIG. 4, which shows the part of the device which was previously made up of the thermometer arm 12: 0, the contact 121 and potentiometer resistor 122 or instead of: composed of electrodes 124, 125, 126 and: the liquid resistance <B> 123 </B>.
The electromotive force of the thermocouple is transmitted directly to the grid of a five-electrode tube 181 with a steep characteristic curve, which by means of suitably measured values of the anode resistance 182 and the coupling capacitor 18.3 amplifies the relatively small voltage changes by a step gain of, for example, 200 to reach,
whereupon the boosted voltage is transferred to a second similar tube 184 with anode resistor 185 and coupling capacitor 186 to get the same step gain so that the overall effect is no less than 1 volt per. degree C. This voltage is then finally fed to the grid 1.41 of the three-electrode tube 140 with its anode resistor 143, mainly as described above.
In certain cases, where there are very long delays between the setting of the control element and the resulting change in the variable to be controlled, the capacitor 7 (FIG. 3) would be inconveniently large and expensive. Since electrolytic capacitors are unsuitable because of the internal losses, an electrochemical polarizer of the type known as the Daniell cell is used.
In this particular application, a current of constant value is fed to the cell as long as the valve motor VM is running, in one direction or the other, depending on whether the switch 165 or 175 has worked. The passage of the current through the cell causes an increasing electromotive force (with a limit of approx. 1.43 volts), depending on the sense in which the current is supplied to the cell, while with a subsequent reversal of this current initially , the cell gradually de-polarizes in the same time it took to polarize and then causes an increase in the electromotive force in the opposite sense.
In FIG. 5, & 0 denotes either the temperature indicator arm itself or a driven arm which magnifies the movements of the temperature indicator. An example of such an enlargement has already been given with FIG.
At the end of the arm 80 there is a contact 81 which rests on the resistor 82 of a potentiometer system, whereby the plate R of the capacitor 83 is given changes in potential which are approximately proportional to the changes in temperature. The plate L is ver through the resistor 84 and the capacitor 85 with a point of constant potential and also with a potential indicator 86 a related party, the arm of which is denoted by Ml.
The movements of this arm are used in the same way as those of the arm Ml in FIG. 1. The indicator 86, which shows the initially! The enlarged value of the displacement of the pointer 80 can have the same shape as the indicator 10, which was described with reference to FIG.
The purpose of increasing the deflections of the pointer 80 is to instantaneously generate a compensating effect which is greater than that which is necessary to compensate for the disturbance on which the deflections of the pointer are based. As a result, the desired value of the variable, for example the amount of steam, is established more quickly in cases where sudden changes in the latter occur.
The fact that the movements of the pointer 80 are increased by the pointer 8,6 can be shown as follows: Let V81 be the potential at the end of 80 (i.e. at point 81), V88 be the potential at the pointer 8-6, be zero Potential at earth, i is the current flowing through resistor 84.
Then
EMI0007.0045
(the C are capacitances of the respective capacitors and r is the resistance)
EMI0007.0046
therefore
EMI0007.0047
If V86 = z and V 81 <I> = </I> 7n <I> 0 </I> are inserted into equation (3), where
EMI0007.0053
is, we get:
EMI0008.0001
was set.
If a linear perturbation occurs such that <I> 0 = Ist </I>, then the solution to (3a) is:
EMI0008.0003
because by differentiating (4) one obtains:
EMI0008.0004
.therefore,
EMI0008.0006
Here but
EMI0008.0007
is, so follows
EMI0008.0009
If we put in equation @ (4)
EMI0008.0011
and ss <I> = </I> B1, you get
EMI0008.0014
From this it follows
EMI0008.0015
For very small values of <I> t, </I>, e R t r = 1, hence z = O,
but
EMI0008.0020
The change in the potential at 8.6 is thus greater than the change in the potential 81. For large values of t, e ss t = @irid therefore r <I> = 0 </I> + <I> a </I> and
EMI0008.0027
In cases where no direct current but only alternating current supply is available, the devices according to FIGS. 2, 3, 4 and 5 can be modified so that
that the heating circuits of the individual tubes are fed by a transformer with 4 volts secondary winding output, while the high-voltage direct current is supplied by an electron tube or copper oxide rectifier, mainly as with AC radio receivers. The valve motor can be either a single or a multi-phase motor.