Verfahren und Einrichtung zur selbsttätigen Steuerung mit kleinen elektrischen Steuerleistungen. In, der Technik besteht häufig die Auf gabe, mit kleinen Leistungen, insbesondere bei kleinen Abweichungen einer Messgrösse vom Sollwert, eine Steuerung zu betätigen, durch die zum Beispiel die Rückführung auf den Sollwert erfolgt. Gewöhnlich wird dabei die Messgrösse nach einem Nullverfahren mit einer Vergleichsgrösse verglichen. Zum Bei spiel soll bei Überschreitungen einer Soll temperatur die Heizung oder ein Teil davon abgeschaltet, bei Unterschreitungen die Hei zung oder eine Zusatzheizung eingeschaltet werden.
In ähnlicher Weise können bei Ab weichung der Beleuchtungsstärke vom Soll wert Zusatzleuchten ein- oder ausgeschaltet werden, oder bei Vergleich von Lichtstärken Betätigungen von Blenden oder Filtern ge wünscht werden. Auch soll häufig aus einer Anzahl von Prüflingen der Teil aussortiert werden, der bestimmte Abweichungen vom Sollwert über- oder unterschreitet, Die für diesen Zweck häufig gebrauch ten Kontaktinstrumente haben, den Nachteil, dass bei kleinen Steuerleistungen die Kon taktkräfte zu gering sind, um sicheren Kon takt zu gewährleisten.
Aus dem gleichen Grunde ist ihre Schaltleistung gering. Die bekannten Verfahren zur Erhöhung der Schaltleistung, den Zeiger des Messinstrumen- tes in.
seiner Lage durch einen Fallbügel ab zutasten oder an Stelle der mechanischen Kontaktgabe durch den Zeiger eine mittel bare Kontaktgabe über die vom Zeiger ge steuerte Belichtung einer Photozelle oder die vom Zeiger gesteuerte Abkühlung eines Bolometerwiderstandes zu bewirken, erfor dern Spezialinstrumente, die teuer und in ihrer mechanischen Konstruktion kompli ziert sind.
Gemäss dem erfindungsgemässen Verfah ren können diese Nachteile dadurch behoben werden, dass die kleinen elektrischen. Steuer- leistungen, die beispielsweise von einem Messfühler geliefert oder durch Vergleich einer Messgrösse mit einer Vergleichsgrösse nach einem Nullverfahren gewonnen werden können,
einer Induktivität zugeführt werden und durch plötzliche Schwächung des Flus ses in dieser Induktivität die in ihrem Ma gnetfeld gespeicherte Energie als elektrische Energie stossweise als Steuerimpuls zur Wirkung gebracht wird.
Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Einrichtung zur Durchführung des erfin dungsgemässen Verfahrens, von welcher im folgenden an Hand der beiliegenden Zeich nung Ausführungsbeispiele näher erläutert sind.
In Fig. 1 stellt die Leitung von A nach B einen Teil eines Messstromkreises dar, in dem beim Sollwert der Messgrösse der Strom Null fliessen soll.<I>A B</I> kann also zum Bei spiel der Nullzweig einer Wheatstonschen Brücke nach Fig. 2 oder der Nullzweig einer Stromvergleichsschaltung unter Benutzung von Photoelementen nach Fig. 3 oder der Kompensationszweig einer Spannungsver- gleichsschaltung für Temperaturmessung finit
Thermoelementen nach Fig. 4 sein. In die sem Zweig befindet sich zur Kontrolle des Betriebszustandes im allgemeinen ein An zeigeinstrument C. Mit. dem Anzeigeinstru ment ist eine Drosselspule D in Reihe ge schaltet und ein Schalter E angeordnet, durch den in beliebigen periodischen oder nichtperiodischen Abständen der Stromkreis _4 B unterbrochen werden kann. Die Betäti gung des Schalters B kann durch einen be liebigen Antrieb, z. B. mechanisch durch eine Nockenscheibe F oder durch einen Thermoschalter oder durch eine elektrische Kippschaltung betätigt werden.
Bei Unter brechung des Stromkreises<I>A B</I> durch den Schalter E tritt an den Klemmen der Dros selspule D eine Überspannung auf, da die im magnetischen Feld dieser Spule gespei cherte Energie sich nunmehr in elektrische Energie umsetzt. Parallel zu den Klemmen der Spule sind Kathode und Gitter eines Stromtores G geschaltet, dessen Gitterspan- nung durch eine Batterie H so eingP,stellt ist, dass die Röhre im Normalbetrieb gesperrt ist. Bei Offnen des Schalters E wird dureh die an der Spule auftretende Überspannung die negative Gitterspannung des Stromtores so weit vermindert, dass die Röhre in den Zündbereich kommt.
Im Anodenstromkreis der Röhre fliesst unter der Wirkung der aus einer Spannungsquelle J entnommenen An odenspannung ein Strom durch die Betäti gungsspule K eines Relais, durch die belie big weitere Steuerfunktionen ausgelöst wer den können. An Stelle der Relaisbetätigungs- spule können gegebenenfalls unmittelbar Heizwiderstände gelegt werden, wenn es sich etwa um eine Temperaturregelung han delt.
L m eine Regelung nach beiden Richtun gen zu erreichen, kann der Betätigungs stromkreis in der Weise verdoppelt werden, dass die an der Spule anfallende Überspan- nung den Gittern, von !zwei Stromtoren in entgegengesetzter Richtung zuefihrt wird, so dass jeweils an einem Rohr die' Gitter= spannen- erhöht und am andern erniedrigt wird.
Je nach der Polarität des Stromes im Nullzweig<I>A B</I> wird dann in Fig. 5 das Stromtor G, oder das Stromtor G2 gezündet und damit entweder die Steuereinrichtung K, oder die Steuereinrichtung KZ in Tätigkeit gesetzt. K, wirkt dann im Sinne einer Ver grösserung der Messgrösse, K2 im Sinne einer Verkleinerung.
Bei periodischer Abschaltung des Messzweiges A B durch das Schaltwerk F wird dann, wenn die Messgrösse auf den Sollwert eingestellt ist, keine Betätigung er folgen; wenn die Messgrösse dagegen unter dem Sollwert liegt, durch Betätigung des Relais K, ein Steuervorgang im Sinne ihrer Vergrösserung eingeleitet, und umgekehrt, wenn die Messgrösse über dem Sollwert liegt, ein Steuervorgang im Sinne ihrer Verklei nerung durch Betätigung des Stromtores G, und der Steuereinrichtung K2 in Tätigkeit gesetzt.
Eine weitere Steigerung der Empfind lichkeit dieser Einrichtung kann dadurch erreicht werden, dass zwischen die Klemmen der Drosselspule, an der die Spannung auf tritt, und das Gitter des Stromtores, an dem sie betätigt werden soll, noch eine Verstär- kerröhre L nach Fig. 6 geschaltet wird.
Der Spannungsstoss an der Spule erscheint am Anodenwiderstand M der Verstärkerröhre in entsprechender Verstärkung und kann da mit um so sicherer (bezw. bei kleinerem Strom im Messzweig <I>A B)</I> die gewünschte Steuerwirkung auslösen. Selbstverständlich kann auch eine mehrstufige Verstärkung zwischen Spule und Stromtor vorgesehen sein.
Um ein Ansprechen beider Stromtore zu verhindern, das erfolgen könnte, wenn die an der Spule auftretende Spannung zeitlich periodisch verläuft, was normalerweise der Fall ist, können zwei Mittel angewendet werden Nach Fig. 7a wird parallel zu den Klem men der Spule ein Widerstand N geschal tet, durch den der aus Induktivität und Eigenkapazität der Spule bestehende Schwin gungskreis so weit gedämpft wird, dass kein periodischer Vorgang mehr auftritt. Eine an dere Möglichkeit besteht darin,
nach Fig. 7v die Gittervorspannung der beiden Stromtore durch einen Kathodenwiderstand 0 von ihrem Anodenstrom abhängig zu machen. Wird dann eines der Stromtore durch die erste Halbwelle der Überspannung gezün det, so wird dadurch die Gitterspannung des andern so weit ins Negative verlagert, dass die zweite Halbwelle umgekehrter Polarität am andern Stromtor keine Zündung mehr herbeiführen kann.
Die Löschung bezw. Beendigung des Steuervorganges kann in der verschiedensten Weise erfolgen. Bevorzugt wird dabei eine Unterbrechung des Anodenstromkreises der Stromtore durch einen mit dem Unterbre cher mechanisch oder elektrisch gekuppelten zweiten Kontakt im Anodenstromkreis, der mit einer zeitlichen Verzögerung gegenüber dem Unterbrecherkontakt anspricht. Wäh rend der Zeitdifferenz zwischen dem An sprechen der beiden Kontakte erfolgt die Steuerwirkung.
Bei einer Temperaturrege- lung wird während dieser Zeit durch einen Heizwiderstand eine bestimmte, dem Ver wendungszweck angepasste Wärmemenge zu geführt; bei einer 111engenregelung wird durch den Stromstoss ein Schrittschaltwerk um einen Schritt weiter geschaltet und da durch der Durchflussquerschnitt um eine dem Verwendungszweck angepasste Grösse vermehrt oder vermindert. Bei einer Licht regelung wird durch den gleichen Vorgang eine Zusatzbeleuchtung ein- oder ausgeschal tet, die sich auch nach Fortfall des Betäti gungsstromstosses eingeschaltet oder ausge schaltet hält.
Ergibt die nächste Prüfung des Zustandes der Messgrösse durch erneute Un terbrechung des Messkreises <I>A B,</I> dass die Messgrösse noch immer im gleichen Sinne vom Sollwert abweicht, so erfolgt durch er neute Betätigung des Anodenstromkreises des gleichen Stromtores eine weitere Wärme zufuhr, die weitere Fortschaltung des Schritt schaltwerkes um einen Schritt oder die Zu schaltung einer weiteren Zusatzbeleuchtung. Ergibt sie jedoch, dass die Messgrösse vom Sollwert um weniger als dem Toleranzbetrag abweicht,
so erfolgt keinerlei Betätigung und somit keine Veränderung des Wertes der Messgrösse. Hat dagegen die Regelung zu einer Übersteuerung geführt, so wird nun mehr bei Betätigung des Unterbrechers im Nullkreis das andere Stromtor gezündet und damit eine im andern Sinne wirkende Regel einrichtung in Tätigkeit gesetzt. Bei der Temperaturregelung wird dann entweder die Gesamtheizung oder ein Teil davon kurz zeitig abgeschaltet. Bei der Mengenregelung wird das Schrittschaltwerk um einen Schritt zurückgeführt, bei der Lichtregelung ein Teil der Beleuchtung ausgeschaltet oder die bei der andern Regelrichtung eingeschaltete Zusatzbeleuchtung abgeschaltet.
Die Unter brechung des Anodenstromkreises kann auch durch einen durch das Ansprechen des Steuerorganes betätigten Schalter erfolgen. Auf einen besonderen U nterbrecherkontakt im Anodenstromkreis der Stromtore kann verzichtet werden, wenn als Anodenspan nung für die Stromtore Wechselspannung gewählt wird, da dann automatisch im Null durchgang eine Löschung des Stromimpulses erfolgt.
Das Verfahren kann dadurch den ver schiedensten Betriebsbedingungen angepasst werden, dass mehrere Stromtore mit ver schieden hoher Gittervorspannung parallel geschaltet werden, so dass je nach der Grösse der Abweichung der Messgrösse vom Sollwert eine verschieden schnelle Rückführung auf den Sollwert erzielt wird. Fig. 8 zeigt bei spielsweise schematisch eine dreistufige Re gelung dieser Art.
Hier sind für eine Strom richtung drei Stromtore vorgesehen, G" G=, G., deren Gitterspannungen so bemessen sind, dass G1 bereits bei kleinen Abweichun gen vom Sollwert gezündet wird, G, bei grö sseren Abweichungen und G3 bei ganz gro ssen.
Entsprechend wird bei alleinigem An sprechen des Betätigungsrelais K, nur ein kleiner Steuerimpuls (kleine Heizleistung, kleine Schrittzahl des Sehrittschaltwerkes. kleine Zusatzlichtquellen) geschaltet, bei gleichzeitiger Betätigung von KI und KZ durch G1 und G, entsprechend grössere Im pulse. Entsprechende Vervielfachung der Steuerröhre für die andere Regelrichtung ist in gleicher Weise möglich.
Um eine Einstellung der Messgrössen auf den gewünschten Wert im Bereich vorneh men zu können, ist es zweckmässig, folgende Zusatzeinrichtungen vorzusehen. Durch Um schaltung des normalerweise im Messzweig eingebauten Instrumentes auf den Ver gleichszweig (die Kompensations-EMK oder den Saugstrom) kann der Sollwert, auf den die Einrichtung ansprechen soll, beliebig eingestellt werden, ohne dass dafür die Be schaffung weiterer Instrumente erforderlich ist. Für diesen Zweck ist jedes normale In strument geeignet, da besondere Eingriffe in das Instrument überflüssig werden.
Die Einstellung des Toleranzbereiches und die Anpassung der Schaltung an die verschiedenen Zündkennlinien handelsübli cher Stromtore kann dadurch erfolgen, dass die Gitterspannungen der einzelnen Strom tore über an sich bekannte Spannungsteiler regelbar gestaltet werden und durch Prüfung des Zündwertes und Rückverstellung vom Zündwert um einen am Spannungsteiler ab lesbaren oder an einem Instrument messbaren Spannungsbetrag die Toleranzbereiche ein gestellt werden. In gleicher Weise könnte diese Regelung auch durch Veränderung der Anodenspannung der Stromtore erfolgen.
Eine Änderung des Toleranzbereiches kann auch durch ,Zuschaltung von auswechsel baren, einschaltbaren oder regelbaren Dämp- fungswiderständen oder Kondensatoren zur Betätigungsspule D im Messkreis erfolgen. Bei Verwendung einer Verstärkerröhre kann der Toleranzbereich auch durch Änderung der Verstärkung dieser Röhre mit beliebigen Mitteln bewirkt werden.
Method and device for automatic control with small electrical control powers. In technology there is often the task of actuating a control with small powers, in particular in the case of small deviations of a measured variable from the target value, by means of which, for example, the return to the target value takes place. Usually, the measured variable is compared with a comparison variable using a zero procedure. For example, if a target temperature is exceeded, the heating or part of it should be switched off; if the temperature falls below this, the heating or additional heating should be switched on.
Similarly, if the illuminance differs from the target value, additional lights can be switched on or off, or, when comparing light intensities, actuation of screens or filters can be requested. Also, the part that exceeds or falls below certain deviations from the target value should often be sorted out from a number of test objects.The contact instruments frequently used for this purpose have the disadvantage that with small control outputs the contact forces are too low to ensure reliable contact ensure tact.
For the same reason, their switching capacity is low. The known method for increasing the switching capacity, the pointer of the measuring instrument in.
To feel its position with a drop bar or, instead of the mechanical contact by the pointer, to bring about an intermediate contact via the exposure of a photocell controlled by the pointer or the cooling of a bolometer resistor controlled by the pointer, special instruments that are expensive and mechanical Construction are complicated.
According to the inventive method, these disadvantages can be eliminated in that the small electrical. Control services that can be supplied, for example, by a measuring sensor or obtained by comparing a measured variable with a comparative variable using a zero procedure,
are fed to an inductance and through sudden weakening of the flux in this inductance, the energy stored in their magnetic field is brought into effect as electrical energy in bursts as a control pulse.
The invention also relates to a device for carrying out the method according to the invention, of which exemplary embodiments are explained in more detail below with reference to the accompanying drawing.
In Fig. 1, the line from A to B represents part of a measuring circuit in which the zero current should flow at the setpoint value of the measured variable. <I> AB </I> can therefore, for example, be the zero branch of a Wheatstone bridge according to Fig. 2 or the zero branch of a current comparison circuit using photo elements according to FIG. 3 or the compensation branch of a voltage comparison circuit for temperature measurement finite
Be thermocouples according to FIG. In this branch there is generally a display instrument C to control the operating state. With. the display instrument a choke coil D is connected in series and a switch E is arranged through which the circuit _4 B can be interrupted at any periodic or non-periodic intervals. The Actuate supply of the switch B can be any drive such. B. be actuated mechanically by a cam plate F or by a thermal switch or by an electrical toggle switch.
When the circuit <I> A B </I> is interrupted by the switch E, an overvoltage occurs at the terminals of the Dros selspule D because the energy stored in the magnetic field of this coil is now converted into electrical energy. The cathode and grid of a current gate G are connected in parallel to the terminals of the coil, the grid voltage of which is set by a battery H so that the tube is blocked in normal operation. When the switch E is opened, the overvoltage occurring at the coil reduces the negative grid voltage of the current gate so much that the tube comes into the ignition area.
In the anode circuit of the tube, under the effect of the anode voltage taken from a voltage source J, a current flows through the actuating coil K of a relay, which can trigger any other control functions. In place of the relay actuation coil, heating resistors can be placed directly if necessary, for example if it is a question of temperature control.
To achieve regulation in both directions, the actuation circuit can be doubled in such a way that the overvoltage that occurs on the coil is fed to the grids by two current gates in opposite directions, so that the 'Lattice = tension is increased and on the other is decreased.
Depending on the polarity of the current in the zero branch <I> A B </I>, the current gate G or the current gate G2 is then ignited in FIG. 5 and either the control device K or the control device KZ is thus activated. K, then acts in the sense of increasing the measured variable, K2 in the sense of reducing it.
If the measuring branch A B is periodically switched off by the switching mechanism F, no actuation will follow if the measured variable is set to the setpoint value; on the other hand, if the measured variable is below the nominal value, a control process is initiated by actuating the relay K, and vice versa, if the measured variable is above the nominal value, a control process in the sense of its reduction by actuating the current gate G and the control device K2 put into operation.
A further increase in the sensitivity of this device can be achieved by adding an amplifier tube L according to FIG. 6 between the terminals of the choke coil at which the voltage occurs and the grid of the current gate at which it is to be operated is switched.
The voltage surge at the coil appears at the anode resistor M of the amplifier tube with a corresponding amplification and can trigger the desired control effect all the more reliably (or with a smaller current in the measuring branch <I> A B) </I>. Of course, a multi-stage amplification between coil and current gate can also be provided.
In order to prevent both current gates from responding, which could occur if the voltage occurring at the coil is periodic in time, which is normally the case, two means can be used. According to FIG. 7a, a resistor N is connected in parallel to the terminals of the coil tet, by means of which the oscillating circuit consisting of inductance and self-capacitance of the coil is dampened to such an extent that periodic processes no longer occur. Another possibility is to
according to Fig. 7v to make the grid bias of the two current gates dependent on their anode current by a cathode resistor 0. If one of the current gates is then ignited by the first half-wave of the overvoltage, the grid voltage of the other is shifted so far into the negative that the second half-wave of reversed polarity can no longer cause an ignition at the other current gate.
The deletion respectively. The control process can be terminated in a wide variety of ways. An interruption of the anode circuit of the current gates by a second contact in the anode circuit which is mechanically or electrically coupled to the interrupter and which responds with a time delay compared to the interrupter contact is preferred. The control effect takes place during the time difference between the two contacts to speak.
In the case of temperature regulation, a certain amount of heat adapted to the intended use is supplied through a heating resistor during this time; In the case of a flow control, a step-by-step switching mechanism is switched one step further by the current surge and there is an increase or decrease in the flow cross-section by an amount adapted to the intended use. In the case of lighting control, the same process switches on or off additional lighting, which remains switched on or off even after the actuation current surge has ceased.
If the next check of the state of the measured variable by again interrupting the measuring circuit <I> AB, </I> shows that the measured variable still deviates from the target value in the same sense, further heat is supplied by actuating the anode circuit of the same current gate again , the further advancement of the step controller by one step or the connection of additional additional lighting. However, if it shows that the measured variable deviates from the target value by less than the tolerance amount,
there is no actuation and thus no change in the value of the measured variable. If, on the other hand, the regulation has led to an override, the other current gate is now ignited when the breaker is actuated in the zero circuit and a regulating device acting in the other sense is set into action. In the case of temperature control, either the entire heating system or part of it is switched off briefly. In the case of volume control, the step-by-step switching mechanism is moved back one step, in the case of light control part of the lighting is switched off or the additional lighting switched on in the other control direction is switched off.
The interruption of the anode circuit can also be done by a switch actuated by the response of the control unit. A special breaker contact in the anode circuit of the current gates can be dispensed with if AC voltage is selected as the anode voltage for the current gates, since the current pulse is then automatically canceled at zero crossing.
The method can be adapted to the most varied of operating conditions by connecting several current gates with different grid bias voltages in parallel, so that, depending on the size of the deviation of the measured variable from the setpoint, a return to the setpoint is achieved at different speeds. Fig. 8 shows, for example, schematically a three-stage Re gel of this type.
Three current gates are provided for one current direction, G "G =, G., whose grid voltages are dimensioned so that G1 is triggered even with small deviations from the setpoint, G with larger deviations and G3 with very large ones.
Correspondingly, if the actuating relay K responds alone, only a small control pulse (small heating power, small number of steps of the step switching mechanism, small additional light sources) is switched, with simultaneous actuation of KI and KZ by G1 and G, correspondingly larger pulses. Corresponding multiplication of the control tube for the other control direction is possible in the same way.
In order to be able to set the measured variables to the desired value in the range, it is advisable to provide the following additional devices. By switching the instrument normally installed in the measurement branch to the comparison branch (the compensation EMF or the suction current), the setpoint to which the device should respond can be set as desired without the need to purchase additional instruments. Any normal instrument is suitable for this purpose, as special interventions in the instrument are unnecessary.
The setting of the tolerance range and the adaptation of the circuit to the different ignition characteristics of commercial current gates can be done in that the grid voltages of the individual current gates are designed to be controllable via known voltage dividers and by checking the ignition value and resetting the ignition value by one that can be read on the voltage divider or the tolerance ranges can be set on an instrument that can be measured. In the same way, this regulation could also take place by changing the anode voltage of the current gates.
The tolerance range can also be changed by connecting exchangeable, switchable or controllable damping resistors or capacitors to the actuating coil D in the measuring circuit. When using an amplifier tube, the tolerance range can also be brought about by changing the amplification of this tube by any means.