CH228465A - Regler zum Konstanthalten einer Zustandsgrösse wie beispielsweise Temperatur, Druck, Feuchtigkeit. - Google Patents

Description

  Regler     z11m        Ronstantlialten    einer Zustandsgrösse wie beispielsweise  Temperatur,     Druek,        Fetiehtigkeit.       Regler für eine Zustandsgrösse     wie    bei  spielsweise Temperatur, Druck, Feuchtigkeit  sind bekannt.

   Dieselben     weisen    zum Beispiel  einen ortsfest angeordneten Wärmefühler auf,  der kontinuierlich nach Massgabe der Stellung  eines Steuergliedes durch einen ebenfalls orts  fest angeordneten Heizkörper     b:eeinflusst    wird,  wobei das in der unmittelbaren Nähe des  Heizkörpers schwingende, als Abkühlungs  körper wirkende Steuerglied, welches aus  einem Metall grosser     Wärmeleitfähigkeit    her  gestellt ist, auf der dem Heizkörper zuge  wandten     Seite    ein Absorptionsvermögen hat,  welches grösser als das des Heizkörpers ist und  der Heizkörper eine so geringe Wärmekapazi  tät     und    im Verhältnis zum     Stenerglie,

  d    eine     so     kleine Oberfläche hat, dass sich seine Tem  peratur in Abhängigkeit von der Stellung des       Steuergliedes    stark ändert.  



  Bei der erwähnten     Regeleinrichtung    ist  die das Steuerglied bildende, am Zeiger eines       Messgerätes    befestigte Folie aus Silber oder    einem andern Metall grosser Wärmeleitfähig  keit hergestellt. Im Gegensatz dazu ist der  Regler nach der vorliegenden     Erfindung,    bei  welchem auf dem     Zeiger    eines     Messinstrumen-          tes    ein Steuerorgan angeordnet isst, das so     in     der Nähe einer     ortsfesten.        Heizvorrichtung     angeordnet     ist,

      dass dieser     Heizvorrichtung    je  nach dem Abstand des     Steuerorganes    von -der  selben Wärme durch Strahlung     entzogen     wird, dadurch ausgezeichnet, dass dieses  Steuerorgan aus einem     Leichtmetall    grosser  Wärmeleitfähigkeit hergestellt ist, und die  Grösse     @die,ses    Steuerorganes im Verhältnis.

   zur  zugeführten konstanten Wärmeenergie zur       Heizvorrichtung    und zur Grösse und Masse  derselben so gewählt ist, dass so starke     Tem-          peraturänderungen    der     Heizvorrichtung    ent  stehen,     .dass    -diese Temperaturänderungen zur  Steuerung des     Regelgliedes    selbst verwendet  werden können. Eingehende Untersuchungen  haben nämlich ergeben, dass das Gewicht der  Folie mindestens ebenso wichtig ist wie     .deren         Leitfähigkeit.

   Dies ist     deshalb    wichtig, weil  zur Erzielung grosser Empfindlichkeit das       Zeigersystem    des     Messgerätes    zusätzlich durch  die Folie möglichst wenig belastet werden  darf.  



  In einer besonderen Ausführungsform ist  vorgesehen, dass die von der ortsfesten Ener  giequelle gespeiste     Heizvorrichtung    als Spi  rale ausgebildet ist, innerhalb welcher ein von  dieser Spirale geheizter Draht angeordnet ist,  dessen Längenänderungen nach Massgabe der       Zeigerstellung    .die Steuerkraft zur Betätigung  einer     Drosselsteuerung    liefert.  



  Wenn     Chromnickeldraht    für die     Heizspi-          rale    verwendet wird, wird erreicht, dass man  bereits mit einer Spannung von 6 V und einem  Strom von zirka 50     mA    die notwendige     Heiz-          energie    für das Heizsystem :erhält. Dies     ist     deshalb wichtig, weil man mit den angegebe  nen Strom- und Spannungswerten noch .den  Bedingungen     für,die    Explosionssicherheit ge  nügt.  



  Weiter hat .sich als vorteilhaft aus Grün  den der     Festigkeit    ergeben, dass zum Steuer  draht ein. isolierter Stahldraht verwendet  wird, dessen Durchmesser etwa 0,1 mm be  trägt. Die     Festigkeit    spielt deshalb eine Rolle,  weil zur Erzielung einer möglichst schnellen  Steuerwirkung der Steuerdraht nicht dünn ge  nug sein kann.  



  Im weiteren kann vorgesehen werden, dass  der auf einer Temperatur von etwa l00  bis  200  im Betrieb :gehaltene Steuerdraht gegen  über der Heizspirale durch eine Lackschicht  oder ein     isolierendes        Oxyd        isoliert    ist. Hiermit  erzielt man auch einen wirksamen Schutz des  Steuerdrahtes .gegen äussere     -Einflüsse    wie  Korrosion.  



       Zur-Erzielung        einer        grossen    Regelgenauig  keit kann     weiter        vorgesehen    werden,     dass    zur       Beseitigung,der        durch    die Wärmeschwankun  gen innerhalb des     Reglergehäuses        bedingten          Wärmeausdehnungen    des     Steuerdrahtes    sein       Aufhängegestänge    aus solchem Material ge  wählt ist,

       daZ        dieses    Gestänge dieselben durch  die     -Raumtemperatursehwankungen    bedingten       Längenänderungen    erfährt, wie der Steuer  draht selbst.    Zur Vergrösserung der     Steuerwirkung    des  Reglers nach der Erfindung wird zweckmä  ssig vorgesehen, dass die Längenänderung des  Steuerdrahtes auf ein     Sehnellsteuerrelais     wirkt, das zwei durch eine Membran     getrennte     Kammern     besitzt,    deren eine unmittelbar un  ter dem von der Regelgrösse gesteuerten Druck  des     Steuermittels    steht.,

   während die andere  über zwei durch die     Membranbewegung    mit       Hilfe    eines     drehbar    gelagerten, doppelarmigen  Hebels     gesteuerte,    gegenläufige Ventile die       Steuermittelquelle    abwechselnd mit dem  Servomotor verbindet, wobei der doppelarmige  Hebel an der Membran um eine Welle dreh  bar gelagert ist und von seinen     Endpunkten     aus die Ventilkörper der beiden gegenläufigen  Ventile durch die     Membranbewegung    so lange  in der gleichen Richtung bewegt wird,

   bis das  Hilfsventil geschlossen und     .damit    zum Stütz  punkt     der    Öffnungsbewegung des     doppelarmi-          gen    Hebels für das andere Hilfsventil wird  und das eine der beiden Hilfsventile mit einer  Feder versehen ist,     we:lehe    infolge der wech  selseitigen Abstützung der     Ventilkörper    für  beide Ventile den Schliessdruck bestimmt.  



  Darüber hinaus kann man     eine    wesentliche       Empfindlichkeitssteigerung    dadurch erhalten,  dass bei. diesen     Schnellsteuerrelais    eine     Mem-          brankapsel    vorgesehen wird, deren wirksamer       Durchmesser    im Verhältnis der gewünschten  Kraftverstärkung grösser ist als der der Re  laismembran. Diese Kapsel erhält dann ihren  Druck von der Steuerdüse.  



  Im weiteren wird eine     Ausbildung    des       Reglers    nach der     Erfindung    beschrieben, der  allen     praktischen    Anforderungen genügt. So  ist     beispielsweise    vorgesehen, dass zur Einstel  lung der Steuerwirkung der Abstand zwi  schen Steuerdraht und Folie einstellbar aus  gebildet ist.  



  Im einzelnen kann dies dadurch erreicht  werden, dass eine     Verstellschraube    vorgesehen  ist, mittels welcher die: Lage .des an sich festen  Aufhängepunktes des Steuerdrahtes gegen  über der Steuerkante     der    Folie verändert wer  den kann.  



  Zur     Durchführung    des     Erfin.dr¯.n:gs.gedan-          kens-kann    weiter vorgesehen     werden,    dass die      Verstellung des     .Steuerdrahtes    der Folie in  einer Tang     entialebene    des durch die Bewe  gung der .Steuerkante der Folie beschriebenen  Zylinders     erfolgt.     



  Weiter kann man bereits durch die Gestal  tung der Folie und des Heizdrahtes sowie  durch die Lage beider Organe gegeneinander  eine optimale Steuerwirkung erhalten. Zu die  sem Zweck     ist    zum Beispiel vorgesehen, dass  zur Erzielung einer möglichst grossen Steuer  wirkung bei möglichst kleinem Gewicht des  Steuerdrahtes und der Folie beide derart aus  gebildet sind,     dass    das Verhältnis der Ober  fläche der Folie zur wirksamen Oberfläche  des     Steuerdrahtes    etwa 200 : 1 ist.  



  Als Beispiel hierfür wird im einzelnen die  Verwendung eines Stahldrahtes von 0,1 mm  Durchmesser und einer wirksamen Länge von  25 mm für den Steuerdraht mit einem Ge  wicht von etwa 130 mg und einer Aluminium  folie von 20<B>:25</B> mm und 0,1 mm Stärke vor  geschlagen. Somit ergibt sich für die wirk  same Oberfläche der Folie 500 mm' und für  den Steuerdraht 2,5 mm\, also ein Verhältnis  von 200 zu 1.  



  Die Erfindung     wird    nunmehr an Hand der  Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel im  einzelnen näher erläutert:  1 ist der Fühler in Form eines     Thermosta-          tenelements        bezw.        eines        Widestandsthermo-          meters,    der     .die    Temperatur in dem Behälter  2 fühlt.     Diese    Temperatur wird in Form eines  elektrischen Impulses durch die Leitungen 3  und 4 auf die Drehspule 5 und damit .den  Zeiger 6 des     Messgerätes    übertragen.

   An dem  Zeigerhalter 7 der Drehspule 5 ist die Folie  8     befestigt,    die aus Leichtmetall grosser       Wäirmeleitfähigkeit    wie Aluminium herge  stellt ist. Die Folie 8 absorbiert die     Heizener-          gie,    die nach Massgabe der Zeigerstellung von  der Spirale 9     zugestrahlt    wird,     innerhalb    wel  cher der     Steuerdraht    10 sich befindet. Das  untere Ende des Steuerdrahtes ist an dem  Bügel 11 gelagert,     während    das obere Ende  an dem Winkelhebel 12 in einem Punkt an  gneift, auf den auch die Feder 13 wirkt, die  den Steuerdraht 10 dauernd gestreckt hält.

    Das freie Ende des Winkelhebels 12 arbeitet    mit einer Düse 14 zusammen und gibt je nach  seiner Stellung den Austrittsquerschnitt der  Düse 14 mehr oder weniger frei. Entsprechend  fällt der am Instrument 15 abzulesende,  Steuerdruck.  



  Weiter kann nun zur Vergrösserung der  Steuerwirkung ein     Schnellsteuerrelais    16 vor  gesehen werden, dessen Kammer über die Lei  tung 17     mit,der        Steuerdüse    14     verbunden    ist.

    Der Druck des     Steuermittels    in der     Leitung     17 wird nun durch das     Sehnellsteuerrelais    16  im verstärkten Masse über die Leitung 18 dem     i          Membranventil    19 weitergegeben, so     dass    eine  augenblickliche     Verstellung    des     Regelorganes     nach Massgabe des Ausschlages des     Zeigers    6  erfolgt. Mit der Leitung 17 ist gleichzeitig die  Rückführung 20     verbunden.        Diese        Rückfüh-,          rung    gleicht Verzögerungen innerhalb der  Anlage aus.  



  Wird nun     eine    wesentliche Verstärkung  der Empfindlichkeit verlangt, so wird das       Schnellsteuerrelais,    wie in der anliegenden  Zeichnung besonders     herausgezeichnet,    mit  einer     Kapselmembran    21     versehen,    deren  wirksamer Durchmesser im     Verhältnis     der     gewünschtenEmpfind'lichkeitsverstärkung     grösser ist als     der,der        -Relaismembran    22. Die  Druckluft wird in der Leitung 23 zugeführt.  



  Wie aus der     Zeichnung    im     einzelnen    er  sichtlich ist, ist bei dem dargestellten Schnell  steuerrelais 16 an der     Abschlussmembran    25  der Kammer 22. ein     doppelarmiger    Hebel 26       vorgesehen,    an dessen oberem Arm 26a das       Einlässventil        angelenkt    ist,     während    an dem       untern    Arm 26b das     Auslassventil    28     ange-          lenkt    ist.

   Die     Kammer    22 ist ;gleichzeitig  durch die Leitung 18 mit dem Servomotor       (2Iembranve@nti@1)    19 verbunden.  



  Überwiegt der Flächendruck der Membran  29 in der     Kammer    21 den Flächendruck     der     Membran 25 der Kammer 22, so wird das       Einlassventil    27 geöffnet und das Ventil 28 in       z#-_,einen        Sitzgedrückt.    Dies hat zur Folge, dass  der     Druek    in der Kammer 22 so lange steigt,  bis die Flächendrücke der     Mennbranen    25 und  29 gleich sind. Da die     Kammer    22 mit dem       Membranventil    19 verbunden ist, so wird das           Membranventil    19 entsprechend der Druck  steigerung     geschloseien.     



  Überwiegt der     Flächendruck    der Membran  25 den Flächendruck der Membran 29, so wird       dass        Auslassventil    28 des     Schnellsteuerrelais     16 geöffnet, da ,sich     dass        Einlassventil    27 in  seinen Sitz drückt. Die Öffnung erfolgt wie  der     bis    zur     Herstellung        des.    Gleichgewichtes  der Flächendrücke der Membranen 25 und 29.       Da!s        Membranventil    19 öffnet sich entspre  chend -dem neuen Gleichgewichtszustand.  



  Weiter ist zur Empfindlichkeitseinstel  lung vorgesehen, dass der untere Punkt 24, an  dem der Steuerdraht 10 aufgehängt ist, in  Richtung des     eingezeichneten        Doppelpfeils     verstellt werden kann, so     da,ss    der Steuerdraht  gegenüber der Steuerkante     8a    der Folie 8 eine  Schräglage erhält. Auf diese Weise kann  während des Betriebes rasch und einfach die       Steuergeschwindigkeit    eingestellt werden.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Regler zur Iionstanthaltung einer Zu standsgrösse wie beispielsweise Temperatur, Druck, Feuchtigkeit, bei welchem auf dem Zeiger eines Messinstrumentes ein Steuerorgan angeordnet ist, das so in der Nähe einer orts festen Heizvorrichtung angeordnet ist, @dass die ser Heizvorrichtung je nach dem Abstand des Steuerorganes von derselben Wärme durch Strahlung entzogen wird, dadurch gekenn zeichnet,

   dass dieses Steuerorgan aus einem Leichtmetall grosser Wärmeleitfähigkeit her gestellt isst und die Grösse dieses Steuerorganes im Verhältnis zur zugeführten konstanten Wärmeenergie zur Heizvorrichtung und zur Grösse und blasse derselben so gewählt ist, dass so starke Temperaturänderungen der Heizvorrichtung entstehen, da.ss diese Tempe raturänderungen zur Steuerung des Regelglie des selbst verwendet werden können. UN TERANSPRMIE 1.

   Regler nach dem Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die von einer orts festen Energiequelle gespeiste Heizvorrich- tung als Spirale ausgebildet ist, innerhalb welcher .ein von :dieser Spirale geheizter Steuerdraht angeordnet ist, dessen Längen änderung nach Alassgabe der Zeigerstellung die Steuerkraft zur Betätigung einer Drossel- steuerung liefert. 2. Regler nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizspirale aus einem Chromuickeldralit mit einem Durchmesser von mindestens<B>0,01</B> mm besteht.. 3.

   Regler nach dem Unteranspruch 1, da durch gel,:etinzeichnet, dass als Steuerdraht (10) ein isolierter Stahldraht verwendet wird, dessen Durchmesser mindestens 0,08 mm be trägt. 4. Regler nach dem Unteranspruch 3, da durch gekennzeichnet, dass der auf einer Tem peratur von etwa 100 bis ?00" im Betrieb gehaltene Steuerdraht gegenüber .der Ileiz- spirale durch eine Lack:schieht isoliert ist.

   5. Regler nach dem Unteranspruch ä, da durchgekennzeichnet, dass der auf einer Tem peratur von etwa 100" bi=: ?00" im Betrieb gehaltene Steuerdraht gegenüber der Heizspi- rale durch ein isolierendes Oxyd isoliert ist. 6.

   Regler nach dem Patentanspruch, da durch gel@en.nzeichnet, dass zur Beseitigung der dui cli die Wärmeschwankungen innerhalb des Rcglergeh@i.u,es bedingten Wärmeausdeh- nunp4::

   n des Steuerdrahtes, dessen Längenände rungen zur Betätigung eines Düsen-Reglers verwendet werden, die Aufhängegestänge (11) des Steuerdrahtes aus einem solchen b1a- teria1 gewühlt sind, dass diese Aufhängegie- stä nge die:,elben. durch die Raumtempera.tur- schwankun-gen bedin-,ten Längenänderungen erfahren wie der Steuerdraht selbst. 7.

   Regler nach dem Unteranspruch 6, da durch gekennzeichnet, dass die Längenände rungen des Steuerdrahtes, dessen Längenände rungen zur Steuerung selbst benutzt werden, auf ein Schnellsteuerrelai.s mit zwei durch eine .Membran getrennten Kammern wirkt. B.

   Regler nach dem Unteranspruch 7, da durch gekennzeichnet, dass bei dem Schnell- .steuerrelais eine Membrankapsel vorgesehen ist, deren wirksamer Durchmessern im Verhält nis der Isra.ftverstärkung grösser ist als der der Relaismembran. 9.

   Regler nach dem Patentanspruch, da durch .gekennzeichnet, dass zur Einstellung der .Steuerwirkung der' Abstand zwischen Steuerdraht und ,dem als Folie ausgebildeten Steuerorgan einstellbar ausgebildet ist. 10.

   Regler nach dem Unteranspruch 9"da- durch gekennzeichnet, dass eine Verstell schraube vorgesehen ist, mittels der die Lage der an sich festen Aufhängestelle des Steuer- drahtes gegenüber der Steuerkante der Folie verändert werden kann.

   11. Regler nach .dem Unteranspruch 10, dadurch ,gekennzeichnet, dass die Verstellung .des Steuerdrahtes durch die Einstellschraube gegenüber der .Steuerkante ,der Folie in einer Tangentialebene des durch ,die Bewegung die ser Steuerkante beschriebenen Zylinders er folgt. 12.

   Regler nach dem Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass zur Erzielung einer möglichst grossen .Steuerwirkung bei möglichst kleinem Gewicht des Steuerdrahtes und der Folie beide derart ausgebildet sind, dass das Verhältnis der Oberfläche der Folie zur wirk samen Oberfläche .des Steuerdrrahtes minde stens angenähert 200 : 1 ist.