Einrichtung zur Messung mehrerer physikalischer veränderlicher Grössen zwecks Regelung derselben. In der Mess- und Regeltechnik tritt sehr oft die Notwendigkeit auf, die gegenseitigen Beziehungen mehrerer veränderlicher physi kalischer Grössen in einem bestimmten Ver hältnis zueinander aufrechtzuerhalten, wie z. B. bei der Regulierung des Speisewassers an einem Hochleistungskessel. Hier ist es z. B. notwendig, die Speisewassermenge in Abhän gigkeit von der Dampfmenge zu regeln, wobei jedoch als weiteres Glied der Wasserstand bzw. das Abschlammwasser in bestimmten Grenzen geregelt werden müssen. Zur Auf rechterhaltung dieser Beziehungen werden sehr oft elektrische Schaltungen verwendet und am bekanntesten ist die Wheatstonsche Brücke und deren Varianten.
Diese Schaltung nach der Wheatstonschen Brücke hat jedoch eine ganze Reihe von Nachteilen, die mit jeder Schaltung nach der Nullmethode notwendigerweise verbunden sind. So z. B. ist das Nullgerät bei abgegliche ner Brücke stromlos; es ist aber auch strom los, wenn ein Unterbruch in der Stromzufüh rung eintritt. Ein weiterer Nachteil ist. der, dass die in den Brückenkreisen eingeschalte ten Widerstände, die mit Schleifkontakten versehen sind, Fehler dadurch hervorrufen können, dass der Übergangswiderstand sich mit der Zeit verändert.
An den Schleifkon takten bilden sich die Oxyde, die den Gesamt widerstand ändern, so dass die Messung un genau wird, und man hat schon früher ver- sucht, Abarten von Brückenschaltungen zu entwickeln, die so arbeiten, dass der Über gangswiderstand nicht mit in die Messung eingeht, was in Brückenschaltungen bei Ver wendung von Kreuzspulmessgeräten möglich ist.
Diese Nachteile werden bei der erfindungs gemässen Einrichtung vermieden, deren We sen darin besteht, dass die physikalischen v er- änderliehen Grössen durch die Stellung von mittleren Schleifkontakten von vier Poten tiometern gegeben sind, wobei jeweils zwei und zwei Potentiometer über Gleichrichter verbunden sind und in der Verbindung der zwei mittleren Kontakte ein Messgerät einge schaltet ist, welches nur auf die Unterschiede der Mittelwerte der Halbwellen des durch fliessenden Wechselstromes anspricht, der den zwei übrigen Schleifkontakten der Potentio meter zugeführt wird.
Ein Beispiel der praktischen Durchfüh rung der Erfindung ist in den Abb. 1 bis 3 der beigeschlossenen Zeichnung dargestellt, wobei die Abb. 1 ein Schaltschema für die Regulierung von vier physikalischen veränderlichen Grössen veranschaulicht- Wenn wir auf die Wasserstandsregelung zurück greifen, so ergibt sich folgendes Bild: Das Potentiometer 2 ist an das Messwerk des Dampfmengenmessers mechanisch angeschlos sen, das Potentiometer 3 an den Wasser mengenmesser, das Potentiometer 4 an den Wasserstandsmesser, das Potentiometer 5 an die Abschlammwassermenge.
Sei es bemerkt, dass immer die mittleren Schleifkontakte von den Potentiometern 2 bis 5 mechanisch an den erwähnten Messgeräten angeschlossen sind, wobei zwecks Vereinfachung weder diese mechanischen Verbindungen noch die Mess geräte selbst in der Zeichnung dargestellt sind.
Ändert sich z. B. die Dampfmenge, dann bewegt sich der mittlere Schleifkontakt des Potentiometers 2 nach oben. Aus der Abb. 1 geht klar hervor, dass da eigentlich zwei Stromkreise bestehen, die grundsätzlich eine gemeinsame Strecke zwischen den beiden Schleifkontakten von den Potentiometern 4 und 5 besitzen. Der obere Stromkreis beginnt an dem Schleifkontakte des Potentiometers 2, geht über den linken Gleichrichter 6, dann über die obere Hälfte des Potentiometers 4, die oberwähnte gemeinsame Strecke hindurch, dann. über die obere Hälfte des Potentio meters 5, über den rechten Gleichrichter 6 und endlich über die obere Hälfte des Poten tiometers 3 bis zum Schleifkontakt dieses Po tentiometers, wo beide Stromkreise wieder zu sammengekuppelt sind.
Der untere Strom kreis, der auch an dem Schleifkontakte des Potentiometers 2 beginnt, verläuft analog über alle untern Hälften von allen vier Po tentiometern, beide untern Gleichrichter 6' und 6' sowie die gemeinsame Strecke zwischen den mittleren Schleifkontakten. In diese ge meinsame Strecke ist ein Messgerät 7 und ein Relais 8 eingeschaltet, die im folgenden noch beschrieben werden.
Die in diesen Kreisen eingeschalteten Gleichrichter 6, 6 und 6' 6' sind derart einge richtet, dass eine Halbwelle des an den Klem men 1 zugeführten Wechselstromes (z. B. die positive Halbwelle) über den obern Strom- kreis,die negative Halbwelle über den intern Stromkreis gehen können. Beide Halbwellen gehen selbstverständlich durch die gemein same Strecke durch das Messgerät 7 und das Relais 8 hindurch.
Wenn nun die beiden Stromkreise ver schiedene Widerstände haben, was z. B. durch die oberwähnte Verschiebung des mittleren Schleifkontaktes an Potentiometer 2 eintrat, dann sind die beiden Halbwellen A1 und A2 ungleich, so dass das Messgerät 7 einen Aus schlag zeigt. Je nachdem, ob nun die obere Halbwelle oder die untere Halbwelle grösser wird, wird das Messgerät 7 -nach links oder nach rechts ausschlagen.
Der Zweck der Einrichtung ist nun, mit deren Hilfe das Gleichgewicht wiederherzu stellen, was zweckmässigerweise durch Ver schiebung des mittleren Schleifkontaktes des Potentiometers 3 erfolgen kann. Wird der Schleifkontakt des Potentiometers 2 nach oben verschoben, dann muss - um das Gleich gewicht wiederherzustellen - der Schleifkon takt des Potentiometers 3 nach unten ver schoben werden. Das heisst also: steigt der Dampfverbrauch, dann muss auch gleichzeitig die Wassermenge gesteigert werden, was ent weder von Hand aus oder automatisch erfol gen kann. Für die automatische Regulierung ist es also nötig, dass das Messgerät 7 mit. Arbeitskontakten versehen wird, welche beim Ausschlag des Zeigers dieses Messgerätes z. B.
die Speisewasserpumpe einschalten. Was die mechanischen Verbindungen zwischen den entsprechenden Dampf- bzw. Wassermengen messern und den Schleifkontakten der Poten tiometer 2 und 3 anbelangt, dann sind diese Verbindungen so hergestellt, dass bei steigen der Dampfmenge der Schleifkontakt des Po tentiometers 2 nach oben geht, dagegen bei steigender Wassermenge der Schleifkontakt des Potentiometers 3 nach unten verschoben wird. Wenn nun z.
B. durch Ungenauigkeiten in der Dampf- und Wassermengenmessung der Wasserspiegel imKessel steigt oder sinkt- was durch die Verschiebung des mittleren Kontaktes des Potentiometers 4 erkenntlich ist -, dann wird die Wassermenge auf einen höheren oder niedrigeren Wert reguliert, und zwar so lange, dass der Schleifkontakt des Po tentiometers 4 wieder in die mittlere Stellung kommt und der normale Wasserstand erreicht ist. Ist die Anzahl der veränderlichen physi kalischen Grössen kleiner als vier, z.
B. drei, so wird die vierte Grösse durch eine geeignet gewählte Konstante ersetzt. Die Grösse und Frequenz der Wechselspannung, welche den Klemmen 1 zugeführt ist, ist für die Messung nicht massgebend. Auch die auf das Messgerät 7 gelegten Ansprüche sind sehr bescheiden: durch seinen Ausschlag soll es nur auf die Unterschiede der Mittelwerte des durchflie ssenden Wechselstromes einwirken. Es genügt. daher ein ganz einfaches Messgerät, was ein Vorteil gegenüber den bestehenden Schaltun gen ist.
Unter Voraussetzung, dass bei der Mes sung durch die Verschiebung der Schleifkon takte jedes Potentiometer in zwei Teile nach der gewählten Proportionalität zu der zuge hörigen physikalischen Grösse geteilt wird, entstehen die folgenden Stromverhältnisse: Es sei angenommen, dass die positiven Halbwellen des Wechselstromes nach dem in Abb. 1 gezeichneten Schaltschema von links nach rechts verlaufen, die negativen Halb wellen dann in entgegengesetzter Richtung. Durch Wirkung der Gleichrichter 6' gehen die positiven Halbwellen durch die beiden untern Zweige und auch durch alle vier un tern Teile aller vier Potentiometer 2, 4, 5, 3 hindurch.
Die Amplitude A1 der positiven Halbwellen, welche von links nach rechts durch das Messgerät 7 hindurchgehen, ist um gekehrt proportional zur Widerstandssumme aller dieser vier untern Teile. Analog ist die Amplitude A ; der negativen Halbwellen um gekehrt proportional zur Widerstandssumme aller vier obern Teile aller vier Potentiometer 3, 5, 4, 2, wobei die negativen Halbwellen wie derum durch das Messgerät hindurchgehen, aber jetzt von rechts nach links. Die Stromver hältnisse bei Ungleichgewicht sind in Abb. 3 dargestellt, wo die positiven Amplituden A,, grösser als die negativen Amplituden A2 sind.
Da das Messgerät 7 nur auf die mittleren Werte bzw. auf deren Unterschiede einwirkt, zeigt es in diesem Falle einen positiven Aus schlag I , welcher Proportional dem resul tierenden positiven Mittelwert ist. Bei Un- gleichgewicht in entgegengesetztem Sinne, das heisst, wenn Az grösser als A1 ist, zeigt das Messgerät 7 einen negativen Ausschlag II .
Bei Gleichgewicht, das heisst bei der Gleichheit der Summe der Teilwiderstände in beiden Richtungen, entsteht ein Zustand nach Abb. 2. Beide Halbwellen haben gleiche Am plituden<B>(A,<I>=</I></B> A ,) , das Messgerät 7 hat einen Nullausschlag 0 , obwohl durch dieses ein Wechselstrom hindurchströmt, welcher auch durch alle Stromkreise hindurchgeht. Da durch wird die Kontrolle der Betriebsfähig keit ermöglicht. In den Stromkreis des Mess gerätes 7 kann auch ein Anzeigegerät 8, z. B. ein Relais, welches bei einer Stromunterbre chung zur Wirkung kommt, geschaltet wer den. Ähnlich können auch in die einzelnen Zweige (z. B. zwischen die Klemmen 9) Ge räte eingeschaltet werden, welche uner wünschte Störungen in diesen Stromkreis an zeigen.
Aus den Ausschlägen des Messgerätes 7 kann man auch die gegenseitigen Verhältnisse von beiden Halbwellen, das heisst auch die Verhältnisse der Widerstände von Potentio metern messen. Ausser dieser Messung kann die erfindungsgemässe Einrichtung direkt zur Regulierung angewendet werden. Dazu wird das Messgerät 7 mit weiteren Arbeitskontak ten versehen, wie schon früher beschrieben wurde.
Der Erfindungsgegenstand ist nicht nur auf die Benützung Ohmscher Widerstände be schränkt, sondern es können auch induktive und kapazitive Widerstände benützt werden. Unter den in den Ansprüchen erwähnten Be griff Potentiometer fällt also nicht nur ein aus Ohmsehen Widerständen zusammengesetz tes Potentiometer, sondern allgemein aus Widerständen überhaupt, also auch aus in duktiven und kapazitiven Widerständen. In der Schaltung nach der Erfindung können auch Kombinationen dieser Widerstände ver wendet werden.
Device for measuring several physically variable quantities for the purpose of regulating the same. In measurement and control technology, it is very often necessary to maintain the mutual relationships between several variable physical variables in a certain ratio to one another, such as B. when regulating the feed water on a high-performance boiler. Here it is z. B. necessary to regulate the amount of feed water in depen dence on the amount of steam, but as a further link, the water level or the blowdown water must be regulated within certain limits. To maintain these relationships, electrical circuits are very often used and the most famous is the Wheatstone bridge and its variants.
However, this Wheatstone bridge circuit has a number of disadvantages which are necessarily associated with any circuit using the null method. So z. B. the null device is de-energized with a balanced bridge; But there is also no electricity if there is an interruption in the power supply. Another disadvantage is. The fact that the resistors that are switched on in the bridge circuits and that are provided with sliding contacts can cause errors because the contact resistance changes over time.
The oxides form on the sliding contacts, which change the total resistance so that the measurement becomes imprecise, and attempts have been made earlier to develop types of bridge circuits that work in such a way that the contact resistance does not affect the Measurement is included, which is possible in bridge circuits when using cross-coil measuring devices.
These disadvantages are avoided in the device according to the invention, the We sen consists in the fact that the physical variable sizes are given by the position of middle sliding contacts of four poten tiometers, two and two potentiometers being connected via rectifiers and in the Connection of the two middle contacts, a measuring device is switched on, which only responds to the differences in the mean values of the half-waves of the alternating current flowing through, which is fed to the two remaining sliding contacts of the potentiometer.
An example of the practical implementation of the invention is shown in Figs. 1 to 3 of the accompanying drawing, where Fig. 1 illustrates a circuit diagram for the regulation of four physically variable quantities. If we resort to the water level control, the following results Image: Potentiometer 2 is mechanically connected to the measuring mechanism of the steam flow meter, potentiometer 3 to the water flow meter, potentiometer 4 to the water level meter, potentiometer 5 to the amount of blowdown water.
It should be noted that the middle sliding contacts of the potentiometers 2 to 5 are always mechanically connected to the mentioned measuring devices, whereby for the purpose of simplification neither these mechanical connections nor the measuring devices themselves are shown in the drawing.
If z. B. the amount of steam, then the middle sliding contact of the potentiometer 2 moves up. From Fig. 1 it is clear that there are actually two circuits that basically have a common path between the two sliding contacts of the potentiometers 4 and 5. The upper circuit begins at the sliding contacts of the potentiometer 2, goes over the left rectifier 6, then over the upper half of the potentiometer 4, then the above-mentioned common route. over the upper half of the potentiometer 5, over the right rectifier 6 and finally over the upper half of the potentiometer 3 to the sliding contact of this potentiometer, where both circuits are coupled together again.
The lower circuit, which also begins on the sliding contacts of the potentiometer 2, runs analogously over all lower halves of all four Po tentiometers, both under rectifiers 6 'and 6' and the common route between the middle sliding contacts. In this ge common route a measuring device 7 and a relay 8 is switched on, which will be described below.
The rectifiers 6, 6 and 6 '6' switched on in these circuits are set up in such a way that a half-wave of the alternating current supplied to terminals 1 (e.g. the positive half-wave) is transmitted through the upper circuit and the negative half-wave can go the internal circuit. Both half-waves naturally go through the common route through the measuring device 7 and the relay 8.
If now the two circuits have ver different resistances, what z. B. occurred through the above-mentioned shift of the middle sliding contact on potentiometer 2, then the two half-waves A1 and A2 are unequal, so that the measuring device 7 shows a blow. Depending on whether the upper half-wave or the lower half-wave is getting larger, the measuring device 7 will deflect to the left or to the right.
The purpose of the device is now, with the help of which the balance can be restored, which can conveniently be done by shifting the middle sliding contact of the potentiometer 3. If the sliding contact of the potentiometer 2 is moved upwards, then the sliding contact of the potentiometer 3 must be moved downwards in order to restore the equilibrium. This means that if steam consumption increases, the amount of water must be increased at the same time, which can be done either manually or automatically. For the automatic regulation it is therefore necessary that the measuring device 7 with. Working contacts is provided, which when the pointer deflects this measuring device z. B.
switch on the feed water pump. As far as the mechanical connections between the corresponding steam or water volumes and the sliding contacts of the potentiometer 2 and 3 are concerned, these connections are made so that when the amount of steam increases, the sliding contact of the potentiometer 2 goes up, but when the amount of water increases the sliding contact of the potentiometer 3 is moved downwards. If now z.
B. by inaccuracies in the steam and water volume measurement the water level in the boiler rises or falls - which can be seen by the shift of the middle contact of the potentiometer 4 - then the water amount is regulated to a higher or lower value, and so long that the Sliding contact of the Po tentiometer 4 comes back to the middle position and the normal water level is reached. If the number of variable physical variables is less than four, e.g.
B. three, the fourth variable is replaced by a suitably chosen constant. The size and frequency of the alternating voltage which is fed to terminals 1 is not decisive for the measurement. The demands placed on the measuring device 7 are also very modest: by virtue of its deflection, it should only affect the differences in the mean values of the alternating current flowing through it. It is sufficient. therefore a very simple measuring device, which is an advantage over the existing circuits.
Assuming that each potentiometer is divided into two parts according to the selected proportionality to the associated physical quantity during the measurement by shifting the sliding contacts, the following current relationships arise: It is assumed that the positive half-waves of the alternating current after the in Fig. 1 drawn circuit diagram run from left to right, the negative half waves then in the opposite direction. As a result of the rectifier 6 ', the positive half-waves go through the two lower branches and also through all four lower parts of all four potentiometers 2, 4, 5, 3.
The amplitude A1 of the positive half waves, which pass through the measuring device 7 from left to right, is inversely proportional to the resistance sum of all these four lower parts. The amplitude is analogous to A; of the negative half-waves inversely proportional to the resistance sum of all four upper parts of all four potentiometers 3, 5, 4, 2, whereby the negative half-waves again pass through the measuring device, but now from right to left. The current relationships in the event of imbalance are shown in Fig. 3, where the positive amplitudes A ,, are greater than the negative amplitudes A2.
Since the measuring device 7 only acts on the mean values or their differences, in this case it shows a positive deflection I, which is proportional to the resulting positive mean value. If there is an imbalance in the opposite sense, that is, if Az is greater than A1, the measuring device 7 shows a negative deflection II.
With equilibrium, i.e. when the sum of the partial resistances in both directions is equal, a state as shown in Fig. 2 arises. Both half-waves have the same amplitudes <B> (A, <I> = </I> </B> A, ), the measuring device 7 has a zero deflection 0, although an alternating current flows through it, which also passes through all electrical circuits. This enables the operational capability to be checked. In the circuit of the measuring device 7, a display device 8, for. B. a relay, which comes into effect in the event of a power interruption, switched to who the. Similarly, devices can also be switched on in the individual branches (e.g. between terminals 9) which indicate undesired faults in this circuit.
From the deflections of the measuring device 7 one can also measure the mutual relationships between the two half-waves, that is to say also the relationships between the resistances of potentiometers. In addition to this measurement, the device according to the invention can be used directly for regulation. For this purpose, the measuring device 7 is provided with further work contacts, as already described earlier.
The subject of the invention is not only limited to the use of ohmic resistors, but inductive and capacitive resistors can also be used. The term potentiometer mentioned in the claims does not only include a potentiometer composed of ohmic resistances, but also generally of resistances in general, that is, also of inductive and capacitive resistances. In the circuit according to the invention, combinations of these resistors can also be used.