DE2200831A1 - Control device with proportional integral behavior for controlling the temperature - Google Patents

Description

Reeleinrichtung mit proportional-integralem Verhalten zur Regelung der Temperatur Die Erfindung betrifft eine Regeleinrichtung mit proportional-integralem Verhalten zur Regelung der Temperatur.Reel device with proportional-integral behavior for regulation the temperature The invention relates to a control device with proportional-integral Behavior for regulating the temperature.

Es ist bekannt, zur Gestaltung eines günstigen Regelvorganges proportional-integral wirkende Regler auszuwählen und einzusetzen. Es bereitet jedoch Schwierigkeiten, solche Regler mit einer hohen Integrationszeitkonstante von ca. 30 Ij nuten und mehr auf elektronischem oder geräte technischem Weg zu realisieren. Der erforderliche Aufwand ist erheblich und der Preis wesentlich höher als bei Verwendung eines proportional wirkenden Reglers.It is known to use proportional-integral to design a favorable control process to select and use effective regulators. However, it is difficult such controllers with a high integration time constant of approx. 30 Ij and to realize more electronically or by means of devices. The required Effort is considerable and the price is much higher than using a proportional one acting controller.

Es ist Zweck der Erfindung, den materiellen Aufwand für Regeleinrichtungen mit proportional-integralem Verhalten und einer hohen Integrationszeitkonstante zu verringern.It is the purpose of the invention to reduce the material expenditure for control devices with proportional-integral behavior and a high integration time constant to reduce.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Temperaturmeßfühler mit proportional-integralem Verhalten zu schaffen, wobei gleichzeitig das Verhältnis des Proportional- und Integralanteiles verändert werden kann.The object of the invention is to provide a temperature sensor with proportional-integral behavior to create, while maintaining the ratio the proportional and integral component can be changed.

Erfindungsgemß wird die Aufgabe dadurch gelöst, indem der Temperaturmeßfühler als ein von einer Wärmekapazität umgebener Wärmeleitkörper ausgebildet ist, der mit seiner Oberflache zu einem bestimmbaren Anteil mit dem Umgebungsmedium direkt und mit seinem Restanteil über die Wärmekapazität mit dem Umgebungsmedium in Verbindung steht. Die Anteile der mit dem Umgebungsmedium direkt und mit dem Umgebungsmedium über die Wärmekapazität in Verbindung stehende Oberfläche des Wärmeleitkörpers können zur Beeinflussung des P-I-Verhältnisses veränderbar sein. Durch Auswahl des Verhältnisses zwischen Volumen und Oberfläche sowie der Materialeigenschaften der Wärmekapazität und durch Aufbringen von warmedämmenden Schichten auf die Oberfläche der Wärmekapazität kann die Integrationszeitkonstante verändert werden. Bei Venvendung räumlich messender Thermometer ist zweckmäßigerweise ein elektrischer Widerstand an der IWantelfläche des Wärmeleitkörpers angeordnet. Bei Verwendung punktförmig messende Thermometer ist dieses an dem mit dem Umgebungsmedium direkt in Verbindung stehenden Teil des Wärmeleitkörpers angebracht. Der Wärmeleitkörper kann dann zur Erzielung der gewünschten Integrationszeitkonstante mit oberflchenvergrößernden Elementen ausgerüstet sein.According to the invention the object is achieved in that the temperature sensor is designed as a heat conducting body surrounded by a heat capacity, the with its surface to a determinable proportion with the surrounding medium direct and with its remaining part in connection with the surrounding medium via the heat capacity stands. The proportions of with the surrounding medium directly and with the surrounding medium surface of the heat conducting body connected via the heat capacity can be changed to influence the P-I ratio. By choosing the ratio between volume and surface as well as the material properties of the heat capacity and by applying heat insulating layers to the surface of the heat capacity the integration time constant can be changed. When using spatially measuring The thermometer is expediently an electrical resistance on the I jacket surface of the heat conducting body arranged. When using punctiform measuring thermometers is this on the part of the that is directly in contact with the surrounding medium Heat conducting body attached. The heat conducting body can then be used to achieve the desired Integration time constant be equipped with surface-enlarging elements.

Illit dieser erfinderischen Lösung ist die meßtecimische Realisierung des proportional-integralen Verhaltens eines Regelkreises wesentlich einfacher und wirtschaftlicher als bei Einsatz trägheitsarmer Ivteßfühler und einer nachträglichen Nachbildung des proportional-integralen Verhaltens im regler.The illusion of this inventive solution is the metrological realization the proportional-integral behavior of a control loop much simpler and more economical than using low-inertia sensors and a subsequent one Simulation of the proportional-integral behavior in the controller.

Es lassen sich damit Integrationszeitkonstanten bis zu mehreren Stunden erreichen.Integration time constants of up to several hours can thus be achieved reach.

Die Erfindung soll nachstehend an AusSührungsbeispielen naher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen: Pig. 1: den mit einem räumlich messenden Thermometer ausgerüsteten Temperaturmeßfühler im Schnitt Fig. 2: das Diagramm der Übergangsfunktion des erfindungsgemäßen proportional integral wirkenden Temperaturmeßfühlers bei sprunghaftem Ansteigen der Umgebungstemperatur Fig. 3:. den mit einem punktförmig messenden Thermometer ausgerüsteten Temperaturmeßfühler in perspektivischer Darstellung Nach Fig. 1 besteht der Temperaturmeßfühler des nicht gezeigten Reglers aus einem Wärmeleitkörper 1, auf dessen Mantelfläche als räumlich messendes Thermometer ein elektrischer Widerstand 2 gewickelt ist und einer Wärmekapazität 3. Die Wärmekapazität 3 ist als zylinderförmiger Körper ausgebildet und besitzt eine Öffnung 4 zur Aufnahme des axial verschiebbaren Wärmeleitkörpers 1, wobei die Tiefe der Öffnung 4 kleiner sein kann als die Länge des Wärmeleitkörpers 1. Die Temperatur des aus der Wärmekapazität 3 herausragenden Teils des Wärmeleitkörpers 1 besitzt bei einem Temperatursprung des Umgebungsmediums ein angenähert proportionales Zeitverhalten und liefert wie aus Fig. 2 ersichtlich, den proportionalen Anteil 11 des Temperatursignais. , Die Temperatur des von der Wärmekapazität 3 umschlossenen Teils des Wärmeleitkörpers 1 folgt den Temperaturänderungen des Umgebungsmediums mit einer Verzögerung. Dieser Teil besitzt ein der Temperatur des Umgebungsmediums angenähert integrales Zeitverhalten und liefert den integralen Anteil 12 des Temperatursignals. Beide Temperatursignale 11; 12 werden im elektrischen Widerstand 2 in elektrische Signale umgewandelt, addiert und mit proportional-integralem Verhalten 13 bei sprunghafter Veränderung der Umgebungstemperatur dem Regler zur weiteren Verarbeitung zugeführt. Durch axiale Verschiebung des Wärmeleitkörpers 1 innerhalb der Wärmekapazität 3 kann das Verhältnis des proportional wirkenden zu dem integral wirkenden Anteil in dem Baße verändert werden, wie die Oberfläche des aus der Wärmekapazität 3 herausragenden Teils des Wärmeleitkörpers 1 zu dem von der Wärmekapazität umschlossenen Teil seiner Oberfläche verändert wird.The invention is explained in more detail below using exemplary embodiments will. In the accompanying drawings show: Pig. 1: the one with a spatially measuring Thermometer equipped temperature sensor in section Fig. 2: the diagram of the transition function of the proportionally integrally acting according to the invention Temperature sensor when the ambient temperature rises abruptly Fig. 3 :. the temperature sensor equipped with a punctiform measuring thermometer In a perspective view According to Fig. 1, the temperature sensor of the controller, not shown, made of a heat conducting body 1, on its lateral surface as Spatially measuring thermometer an electrical resistor 2 is wound and one Heat capacity 3. The heat capacity 3 is designed as a cylindrical body and has an opening 4 for receiving the axially displaceable heat conducting body 1, wherein the depth of the opening 4 can be smaller than the length of the heat conducting body 1. The temperature of the part of the heat conducting body protruding from the heat capacity 3 1 has an approximately proportional one in the event of a temperature jump in the surrounding medium Time behavior and, as can be seen from FIG. 2, supplies the proportional component 11 of the temperature signal. , The temperature of the enclosed by the heat capacity 3 Part of the heat conducting body 1 follows the temperature changes of the surrounding medium with a delay. This part has a temperature of the surrounding medium approximately integral time behavior and provides the integral component 12 of the temperature signal. Both temperature signals 11; 12 are in electrical resistance 2 in electrical Signals converted, added and with proportional-integral behavior 13 with erratic Changes in the ambient temperature are fed to the controller for further processing. By axial displacement of the heat conducting body 1 within the heat capacity 3 can be the ratio of the proportionally acting to the integrally acting part in the bass are changed, like the surface of the protruding from the heat capacity 3 Part of the heat conducting body 1 to the part of its enclosed by the heat capacity Surface is changed.

Durch Veränderung des Verhältnisses zwischen Volumen und Oberfläche der Wärmekapazität 3, wie beispielsweise deren kugelförmiger Ausbildung sowie durch das Aufbringen einer Wärmedämmschicht 5 kann die Integrationszeitkonstante verändert werden. Hierdurch lassen sich ohne Schwierigkeiten Integrationszeitkonstanten bis zu einigen Stunden realisieren.By changing the relationship between volume and surface the heat capacity 3, such as their spherical design as well as by the application of a thermal barrier coating 5 can change the integration time constant will. Integration time constants up to to realize a few hours.

In Zig. 3 ist ein 'Thermoelement 6 als punktförmig messendes Thermometer wärmeleitend mit dem Wärmeleitkörper 1 verbunden, an welchem oberfluchenvergrößernde Elemente 7 befestigt sind.In zig. 3 is a 'thermocouple 6 as a point-like measuring thermometer thermally connected to the heat conducting body 1, on which surface enlarging Elements 7 are attached.

Als punktförmig messendes Thermometer kann auch ein Thermistor Verwendung finden. Der Wårmeleitkörper 1 ist axial verschiebbar in einem Durchbruch der Wärmekapazität 3 angeordnet. Durch die axiale Verschiebung des Wärmeleitkörpers 1 im Durchbruch der Wärmekapazität 3 wird der Wärmestromfluß von den oberflächenvergrößernden Elementen 7 zur Wärmekapazität 3 oder umgekehrt, verändert.A thermistor can also be used as a point-like measuring thermometer Find. The heat conducting body 1 is axially displaceable in a breakthrough in the heat capacity 3 arranged. Due to the axial displacement of the heat conducting body 1 in the opening the heat capacity 3 becomes the heat flow from the surface enlarging elements 7 to the heat capacity 3 or vice versa, changed.

Bei Veränderungen der Temperatur des Umgebungsmediums stellt sich die Temperatur der oberflächenvergrößernden -Elemente 7 mit geringer Zeitverzögerung auf einen Wert ein, der durch den Temperatursprung des Umgebungsmediums und das Verhältnis von Wärmeübergangswiderstand der oberflächenvergrdßernden Elemente 7 zur Umgebung und dem Wärmeleitwiderstand des Wärmeleitkörpers 1 zur Wärmekapazität 3 hin bestimmt wird. Der Temperaturverlauf des Thermoelementes 6 zeigt hierbei ein verzögertes, proportional-integrales Verhalten und nimmt erst nach völligem Temperaturausgleich der Wärmekapazität 3 mit den oberflachenvergrößernden Elementen 7 die Temperatur des Umgebungsmediums an.When the temperature of the surrounding medium changes the temperature of the surface-enlarging elements 7 with little time delay to a value that is determined by the temperature jump in the surrounding medium and the Ratio of heat transfer resistance of the surface-enlarging elements 7 to the environment and the thermal resistance of the heat conducting body 1 to the heat capacity 3 is determined. The temperature profile of the thermocouple 6 shows a delayed, proportional-integral behavior and only increases after complete temperature equalization the heat capacity 3 with the surface enlarging elements 7 the temperature of the surrounding medium.

Claims (6)

Patentans rüche:Patent claims: 1. Regeleinri chtung mit proportional-integralem Verhalten zur Uemperaturregelung flüssiger oder gasförmiger Medien, bestehend aus einem Regler, und einem, mindestens ein räumlich oder punktförmig messendes Thermometer aufnehmenden Temperaturmeßftüiler, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturmeßftihler als ein von einer Wärmekapazität (3) umgebener Wärmeleitkörper (1) ausgebildet ist, der mit seiner Oberfläche zu einem bestimmbaren Anteil mit dem Umgebungsmedium direkt und mit seinem Restanteil über die Wärmekapazität (3) mit dem Umgebungsmedium in Verbindung steht.1. Control device with proportional-integral behavior for temperature control liquid or gaseous media, consisting of a regulator, and one, at least a spatial or point-like measuring thermometer recording temperature measuring sensor, characterized in that the temperature sensor as one of a heat capacity (3) surrounded heat conducting body (1) is formed, which with its surface to a determinable proportion with the surrounding medium directly and with its remaining proportion is in communication with the surrounding medium via the heat capacity (3). 2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anteile der mit dem Umgebungsmedium direkt und mit dem Umgebungsmedium über die Wärmekapazität (3) in Verbindung stehenden Oberfläche des Wärmeleitkörpers (1) veränderbar sind.2. Control device according to claim 1, characterized in that the Proportions of the with the surrounding medium directly and with the surrounding medium via the Heat capacity (3) connected surface of the heat conducting body (1) changeable are. 3. Regeleinrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen Volumen und Oberfläche der XYärmekapazität (3) vorbestimmt und die Wärmekapazität (3) von einer wärmedämmenden Schicht (5) umgeben ist.3. Control device according to claim 1 and 2, characterized in that that the ratio between volume and surface area of the XY heat capacity (3) is predetermined and the heat capacity (3) is surrounded by a heat-insulating layer (5). 4. Regeleidrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das räumlich messende Thermometer ein an der Mantelfläche des Warmeleitkörpers (1) angeordneter elektrischer Widerstand (2) ist.4. control direction according to claim 1 to 3, characterized in that that the spatially measuring thermometer is on the outer surface of the heat conducting body (1) arranged electrical resistor (2) is. 5. Regeleinrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das punktförmig messende Thermometer an dem mit dem Umgebungsmedium direkt in Verbindung stehenden Teil des Wärmeleitkörpers (1) angebracht ist.5. Control device according to claim 1 to 3, characterized in that that the point-like measuring thermometer on the one with the surrounding medium directly in Connection standing part of the heat conducting body (1) is attached. 6. Regeleinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeleitkorper (1) an dem das punktförmig messende Thermometer aufnehmenden Teil mit oberflächenvergrößernden Elementen (7) versehen ist.6. Control device according to claim 5, characterized in that the Wärmeleitkorper (1) on the part receiving the point-like measuring thermometer is provided with surface-enlarging elements (7).