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.
Controller z11m monitoring of a state variable such as temperature, pressure, ability. Controllers for a state variable such as temperature, pressure, humidity are known.
These have, for example, a stationary heat sensor, which is continuously influenced by a stationary radiator b: e in accordance with the position of a control element, the control element vibrating in the immediate vicinity of the radiator and acting as a cooling body, which is made of a metal high thermal conductivity is made, on the side facing the radiator has an absorption capacity that is greater than that of the radiator and the radiator has such a low heat capacity and in relation to the Stenerglie,
d has such a small surface area that its temperature changes sharply depending on the position of the control member.
In the case of the mentioned control device, the foil which forms the control element and is attached to the pointer of a measuring device is made of silver or some other metal of high thermal conductivity. In contrast to this, the controller according to the present invention, in which a control element is arranged on the pointer of a measuring instrument, which is so close to a stationary one. Heating device is arranged,
that this heating device is withdrawn from the same heat by radiation depending on the distance of the control element, characterized in that this control element is made of a light metal of great thermal conductivity, and the size @ die, this control element in relation.
the constant heat energy supplied to the heating device and the size and mass of the same is selected so that the temperature changes of the heating device are so great that these temperature changes can be used to control the control element itself. In-depth studies have shown that the weight of the film is at least as important as its conductivity.
This is important because, in order to achieve high sensitivity, the pointer system of the measuring device may additionally be subjected to as little stress as possible by the film.
In a special embodiment it is provided that the heating device fed by the stationary energy source is designed as a spiral within which a wire heated by this spiral is arranged, whose length changes according to the pointer position .die control force for actuating a throttle control supplies.
If chromium-nickel wire is used for the heating coil, the necessary heating energy for the heating system is obtained with a voltage of 6 V and a current of approx. 50 mA. This is important because the specified current and voltage values still satisfy the conditions for explosion safety.
It has also shown that it is advantageous for reasons of strength to have a control wire. insulated steel wire is used, the diameter of which is about 0.1 mm be. The strength therefore plays a role because the control wire can not be thin enough to achieve the fastest possible control effect.
Furthermore, it can be provided that the control wire, which is kept at a temperature of approximately 100 to 200 in operation, is insulated from the heating coil by a layer of lacquer or an insulating oxide. This also provides effective protection for the control wire against external influences such as corrosion.
In order to achieve a high level of control accuracy, it can also be provided that to eliminate the thermal expansion of the control wire caused by the heat fluctuations within the controller housing, its suspension rod is made of such a material,
daZ this linkage experiences the same changes in length caused by the room temperature fluctuations as the control wire itself. To increase the control effect of the controller according to the invention, it is expediently provided that the change in length of the control wire acts on a Sehnell control relay, which has two chambers separated by a membrane one of which is directly below the pressure of the control means controlled by the controlled variable.,
while the other alternately connects the control medium source with the servomotor via two counter-rotating valves controlled by the diaphragm movement with the aid of a rotatably mounted, double-armed lever, the double-armed lever being rotatably mounted on the diaphragm around a shaft and from its end points the valve body of the both counter-rotating valves are moved in the same direction by the diaphragm movement,
until the auxiliary valve is closed and thus becomes the support point for the opening movement of the double-armed lever for the other auxiliary valve and one of the two auxiliary valves is provided with a spring, because of the mutual support of the valve bodies, the closing pressure for both valves is determined .
In addition, a significant increase in sensitivity can be obtained by using. A diaphragm capsule is provided for this rapid control relay, the effective diameter of which is greater than that of the relay diaphragm in relation to the desired force amplification. This capsule then receives its pressure from the control nozzle.
An embodiment of the controller according to the invention which meets all practical requirements is described below. For example, it is provided that the distance between the control wire and the film is adjustable to adjust the control effect.
In detail, this can be achieved in that an adjusting screw is provided, by means of which: the position of the fixed suspension point of the control wire relative to the control edge of the film can be changed.
In order to carry out the invention, it can also be provided that the control wire of the film is adjusted in a tangential plane of the cylinder described by the movement of the control edge of the film.
Next you can get an optimal control effect by the Gestal device of the film and the heating wire and the position of both organs against each other. For this purpose it is provided, for example, that to achieve the greatest possible control effect with the lowest possible weight of the control wire and the film, both are formed in such a way that the ratio of the surface of the film to the effective surface of the control wire is about 200: 1 .
As an example, the use of a steel wire with a diameter of 0.1 mm and an effective length of 25 mm for the control wire with a weight of about 130 mg and an aluminum foil of 20: 25 mm and 0.1 mm thick. This results in 500 mm for the effective surface of the film and 2.5 mm for the control wire, i.e. a ratio of 200 to 1.
The invention will now be explained in more detail with reference to the drawing using an exemplary embodiment: FIG. 1 is the sensor in the form of a thermostat element or a resistance thermometer that feels the temperature in the container 2. This temperature is transmitted in the form of an electrical impulse through the lines 3 and 4 to the moving coil 5 and thus the pointer 6 of the measuring device.
On the pointer holder 7 of the rotating coil 5, the film 8 is attached, which is made of light metal of high thermal conductivity such as aluminum Herge. The foil 8 absorbs the heating energy which is radiated from the spiral 9 according to the pointer position, within which the control wire 10 is located. The lower end of the control wire is mounted on the bracket 11, while the upper end gneifts on the angle lever 12 at a point on which the spring 13 also acts, which keeps the control wire 10 continuously stretched.
The free end of the angle lever 12 cooperates with a nozzle 14 and, depending on its position, releases the outlet cross section of the nozzle 14 to a greater or lesser extent. The control pressure to be read on the instrument 15 falls accordingly.
Next, a rapid control relay 16 can now be seen to increase the control effect, the chamber of which is connected to the control nozzle 14 via the Lei device 17.
The pressure of the control means in the line 17 is now passed on by the Sehnell control relay 16 to a greater extent via the line 18 to the diaphragm valve 19, so that the control element is instantaneously adjusted according to the deflection of the pointer 6. The return line 20 is connected to the line 17 at the same time. This feedback compensates for delays within the system.
If a substantial increase in sensitivity is now required, the high-speed control relay is provided with a capsule membrane 21, as shown in the accompanying drawing, the effective diameter of which is greater than that of the relay membrane 22 in relation to the desired sensitivity amplification fed in line 23.
As can be seen from the drawing in detail, a double-armed lever 26 is provided in the illustrated quick control relay 16 on the closing membrane 25 of the chamber 22, on the upper arm 26a of which the inlet valve is hinged, while the outlet valve 28 is on the lower arm 26b is articulated.
The chamber 22 is simultaneously connected to the servomotor (2Iembranve @ nti @ 1) 19 by the line 18.
If the surface pressure of the membrane 29 in the chamber 21 outweighs the surface pressure of the membrane 25 of the chamber 22, the inlet valve 27 is opened and the valve 28 is pressed into a seat. This has the consequence that the pressure in the chamber 22 increases until the surface pressures of the Mennbranen 25 and 29 are the same. Since the chamber 22 is connected to the diaphragm valve 19, the diaphragm valve 19 is closed according to the pressure increase.
If the surface pressure of the diaphragm 25 outweighs the surface pressure of the diaphragm 29, the outlet valve 28 of the rapid control relay 16 is opened, since the inlet valve 27 is pressed into its seat. The opening takes place like that until the equilibrium of the surface pressures of the membranes 25 and 29. The membrane valve 19 opens accordingly -the new equilibrium state.
It is also provided for sensitivity adjustment that the lower point 24, at which the control wire 10 is suspended, can be adjusted in the direction of the double arrow shown so that the control wire is inclined relative to the control edge 8a of the film 8. In this way, the control speed can be set quickly and easily during operation.