DE747586C - Photoelektrisches Regelinstrument - Google Patents

Description

• Photoelektrisches Regelinstrument -Zur genauen Messung, Einhaltung und Kontrolle von Zustandswerten, Temperaturen, Drücken, D.urchflußmengen, Wasserständen us@w. bedient man sich ganz allgemein elektrischer Meß- und Regelwerke. Insbesondere sind aber solche selbsttätig arbeitenden Geräte zur Temperaturregelung von Schmelz-, Glüh-, Härte- und Anlaßöfen, Wasser- und Alterungsbädiern sowie Koch- und Trockenanlägen jeder -Art bekanntgeworden, wobei der gewünschte Betriebszustand dadurch aufrechterhalten wird, :daß ein Temperaturmeßorgan unmittelbar oder über eine Hilfseinrichtung die Energiezufuhr, wie Elektrizität, Gas, 01, Dampf, Heißwasser, Warmluft, Koks, Kohle usw., zur Heizvorrichtung durch Schaltschütze, elektrisch angetriebene Ventile, Klappen u. dgl. steuert. Die Temperaturmessung erfolgt dabei entweder durch ein Thermoelemlent in Verbindung mit einem Drehspulmeßwerk oder durch ein Wi.derstandsthermometer bzw. einen Widerstandsfern.sender in Verbindung mit einem Kreuzspulmeßwerk oder Millivoltmeter. Die Regelung geht in der Weise vor sich, daß .die Skala des Meßwerks in bestimmten kurzen Zeiträumen von einem Tastwerk abgetastet wird, wobei entsprechend dem vorher eingestellten Regelwert das Schaltwerk in Form von z. B. einer Schaltröhre in Tätigkeit tritt, sobald die Meßgröße vom Regelwert .abweicht. Zur Abtastung der Skala werden Druck-- oder Fallbügel in Verbindung mit einer motorgetriebenen Kurvenscheibe verwendet. Steht der Meßwerkzeiger gerade auf einem Regelwert, d. h. unter oder über einer Einstellmarke, dann wird durch sein Druckstück z.,B. die Kontaktwippe in Schräglage gekippt, in der Quecksllbersehaltröhre der Kontakt geschlossen oder geöffnet und der Regelvorgang ein-

  geleitet. Beim Senken des Fallbügels wird

  der Zeiger wieder freibegeben, und .die SchaIt-

  röhre kippt in ihre Anfangsstellung zurück.

  Bis der Fallbügel wieder gehoben wird, hat

  sich der Zeiger auf den neuen Meßwert ein-

  gestellt, und das Spiel beginnt von neuem.

  Fei derartigen Temperaturreglern führen je-

  doch die zahlreichen bewegten Teile, wie Fall-

  bügel, Svnchroninotor, Kurvenscheibe, Kon-

  taktwippe, Hebelübertragungen usw., immer-

  hin häufig zu Betriebsstörungen, abgesehen

  davon, daß durch diese aus Mietall bestehen-

  den Teile die Regler schwer und teuer aus-

  fallen. Da solche Regler meistens -zur Über-

  wachung hochwertiger industrieller Anlagen

  eingebaut werden, haben derartige Störungen

  meist erheblichen Sachschaden zur Folge,

  z. B. können bei Industrieöfen die gesamte

  Beheizung, der Innenausbau und das Glühgut

  zerstört «-erden. Durch Produktionsausfall

  wird dann dabei der Schaden noch wesentlich

  erhöht.

  Diese Nachteile der Schaltwerke, der Fall-

  und Druckbügelregler beseitigt die Erfindung

  durch eine photoelelztrisclie'Regelung, bei der

  insbesondere alle bewegten Teile des Schalt-

  werks bis auf einen von Hand unmittelbar

  oder mittelbar drehbaren -und auf den ge-

  wünschten Regelwert beliebig ein- und fest-

  stellbaren Einstellmarkentragarm wegfallen.

  An -sich ist es bekannt, die Temperaturen von

  Ofen usw. mittels lichtelektrischer Zellen züi

  überwachen.

  Vorgeschlagen worden ist, die an den Git-

  terkreis eines gitterbesteuerten Entladungs-

  gefäßes mit lichtbogenartiger Entladung und

  Anodenwechselspannung angeschlossene bzw.

  angekoppelte lichtelektrische Zelle mit Hilfe

  eines sy=nchron mit der Anodenwechselspan-

  nung umlaufenden Kantenspiegels abwech-

  selnd von einer Vergleichslichtquelle gleich-

  bleibender Intensität und einer von dein zu

  überwachenden Ofen o. 'dgl. herrührenden

  Strahlung zu belichten. Sobald die Tempe-

  ratur des Ofens so hoch ansteigt, daß dessen

  auf die lichtelektrische Zelle gerichtete Strah-

  lung überwiegt, kehrt sich die Phase der Git-

  terspannung um und regelt auf diese Weise

  die Ofentemperatur.

  Zur stetigen trägheitsfreien Regelung ist

  es bekanntgeworden, ein Spiegelgalvanometer

  durch ein Thermoelement zu speisen. Fällt

  hierbei ein Lichtstrahl auf den Spiegel, so

  wird er je nach Stellung des letzteren ganz

  oder teilweise auf eine Photozelle geworfen,

  von deren Ausleuchtung wiederum der die

  Regelung bewirkende Strom irn gittergesteuer-

  ten Gasentladungsrohr unimittelbar abhängt.

  Bei Zeigerinstrumenten hat man außerdem

  zur Temperaturmessung und -regelurig an

  z. B. elektrisch beheizten Öfen vorgeschla-

  gen, eine Photozelle und Lichtduelle überein-

  arider anzuordnen, «-obei eine Zeigerfahne

  zwischen beiden hindurchgeführt wird, die

  sich zwischen die von der Lichtquelle aus-

  gehenden Lichtstrahlen stellt, so daG in' t

  vollständiger A,bblenduna ders@l-ben gegen-

  über der Photozelle ein beliebiger

  gang ausgelöst wird.

  Ferner hat man zur Einschaltung, einer

  Vorrichtung zum Drucken der Wägtuigs-

  resultate, einer beliebigen Fernübertragung

  für dieselben oder ähnlichen Einrichtung hei

  Waagen ebenfalls eine Photozelle und Licht-

  duelle angewendet. Hierbei arbeiten diesel-

  ben mit einer vom Mechanis-mtis der Waage

  in Drehung versetzten dünnen Scheibe nach

  dem -Nachläuferprinzip zusainme.n. Die

  Scheibe ist mit einem feinen Spalt versehen,

  der den Lichtstrahlen einer Lichtduelle, z. L.

  eines Schaltprojektors, den Durchtritt gestat-

  tet. Der Spaltprojektor ist an cineni dreh-

  baren Tragarm befestigt, der auf einer Welle

  sitzt und um den äußeren Rand der Scheibe

  Iierumfaßt. Die Welle des Tra--arnis ist in

  Verlängerung derjenigen der Scheibe ange-

  ordnet und mit einem Schneckeirbetrieb vur-

  sehen, der von einem Motor aus in Drehun-

  versetzt wird. Dem Spaltprojekior -e-en-

  ü.berliegerid ist auf der anderen Seite der

  Scheibe am Tragarm die Zelle angeordnet.

  Die Zelle steuert über einen geeigneten I\e-

  laisv erstärker den Motor, dessen Stromkreis

  hei Verdunklung der Zelle eingeschaltet und

  der sofort abgeschaltet wird, wenn die Zelle

  Licht erhält. Befinden sich bei uiil)elasteter

  Waage Scheibe und Tragurin in der Aus-

  gangslage, so wird die Zelle durch den Spalt

  der Scheibe vom Projektor beleuchtet. Mit

  Belastung der Waage dreht sich die Scheibe

  und unterbricht somit die Zellenbeleuchtung.

  Infolgedessen wird der Motor eingeschaltet

  und der Tragarm der voreilenden Scheibe

  nachgedreht. Kommt mit Erreichen der

  Gle'.clilage der Waage die Scheibe zum Still-

  stand, dann erreicht der Projektionslichtstrahl

  wieder den Spalt und kann durch diesen die

  Zelle beleuchten, wodurch der Motor ausge-

  schaltet wird:. Mit Stillstand der Tragarin-

  welle wird ein geeigneter Schaltvorgang zuni

  Drucken der Wägungsresultate oder derglei-

  chen ausgelöst. NTach beendeter Wägung

  wird die Tragarmwelle vom Motor entkuppelt

  und in ihre Ausgangslage zurückgeführt.

  Das neue Zeigeranzeige- und Regelinstru-

  inent besitzt ebenfalls einen Tragarm, der

  übereinander angeordnet die Lichtquelle und

  die Photozelle trägt, um die Achse des eine

  Blende zur Abblendung der L:clitstrahleii ge-

  jenüber der Pliotazelle tragenden Instrunien-

  tenzeigers schwenkbar ist,. zum Zwecke der

  Anordnung einer Einstellinarl;e bis über oder

  an die der Kreisführung des Instrumentenzeigers angepaßte Skala reicht und außerdem zur Begrenzung der Zeigerbewegung als Anschlag für den Instrumentenzeiger dient.
• Nachdem es einerseits zur Steuerung von Vorrichtungen an Waagen an sich bekanntgeworden ist, eine Photozelle und Lichtquelle auf einem drehbaren Tragarm anzuordnen, ,vorbei dieser sich um die gleiche Achse wie Sie die Bewegung des Tragarms .auslösende Steuerscheibe dreht, und andererseits bei lichtgesteuerten Reglern auch bekannt ist, den Instrumentenzeiger mit einer Zeigerfahne als Blende zu versehen, die-sich z:wischeu die Lichtquelle und die Photozelle stellt und die erstere gegenüber der letzteren abblendet, besteht das Neue bei der vorliegenden Erfindung zum Teil in einer Vereinigung bzw. Übertragung von an sich teilweise einzeln bekannten Einrichtungen auf ein Zeigerinstrument. In Verbindung mit den darüber hinaus erfindungsgemäß vorhandenen, völlig neuartigen Anordnungen, nämlich der Ausbildung des Tragarmes als Träger der Einstellmarke und als Anschlag zur Begrenzung der Bewegung des Instrumentenzeigers, stellt sich die Erfindung als Anzeige- und Regelinstrument dar, - das sich durch Einfachheit, geringes Gewicht, Billigkeit und dennoch absolute Betriebssicherheit gegenüber dem Bekannten auszeichnet, wobei besondere Vorteile noch darin bestehen, daß schwere Metallteile fehlen, eine einfache und Übersichtliche Anordnung der ermöglicht ist und weiterhin die für das Ablesen wichtigen Teile .des Instruments, nämlich die Skala, der Meßwerkz.eiger und die Einstellmarke sichtbar vorn im Gehäuse angeordnet sind.
• Bei der Neuerung schwingt der Meßwerkzeiger ebenfalls zwischen der Lichtquelle und dem Photoelement oder der Photozelle hindurch und unterbricht bei Erreichen des Regelwertes, auf den der Tragarm mit der Einstellnnarke eingestellt ist, den Lichtkegel mittels der Zeigerfahne - Blende - oder gibt ihn umgekehrt frei. Die durch den Lichtkegel iah Photoelement erzeugte Spannung wird in bekannter Weise auf ein kochempfindliches Relais geschickt, welches bei Ausbleiben oder Auftreten der Spannung über entsprechende Steuerapparate irgendeins der bekannten Regelorgane, z. B. Schaltschütze, Ventil, Drosiselklappe o..dgl., betätigt. Mit Rücksicht darauf, -daß bei derartigen Meß-und Regelinstrumenten immer eine gewisse thermische Trägheit gegeben ist in der Weise, daß nach Abschaltung oder Einschaltung z. B. der Wärmezufuhr die Temperatur noch etwas weiter über dein Sollwert hinaus ansteigt oder abnimmt, ist an dem mit der Einstellmarke versebenen Tragarm erfindungsgemäß ein All-schlag vorgesehen, oder .der Tragarm ist so ausgebildet und angeordnet, daß er in der Bewegungsebene des Instrumentenzeigers liegt und somit unmittelbar als Anschlag wirkt. Durch den Anschlag wird verhindert, daß sich der Meßwerkzeiger mitsamt seiner Fahne über den Sollwert hinaus bewegt und dadurch die Beleuchtung der Zelle wieder freigibt. Zum gleichen Zwecke läßt sich auch unter Verzicht auf den Anschlag die den Lichtkegel abdeckende Blende - Zeigerfahne - so breit wählen, daß beim Nachlauf des Zeigers infolge dieser thermischen Trägheit der Lichtkegel bei geringem Weiteranstieg der Temperatur nicht wieder freigegeben wird.
• Bei der Erfindung erfolgt die Bewegung des Einstel.lmarkentragarmes völlig unabhängig von der des Instrumentenzeigers, und zwar lediglich zur Einstellung auf den Regelwert. Hierzu wird der Einstellmarkentragarm von Hand unmittelbar oder mittelbar über einen Schneckentrieb o. dgl. verstellt. Im ersteren Falle empfiehlt sich vorteilhafterweise die Anordnung einer Feststellschraube an der Einstellmarke, die diese gegenüber der Skala feststellt.
• Das neue Anzeige- und Regelinstrument kann auf gleiche Weise auch mit einer vollkommen sicher wirkenden Nullpunktsicherung versehen werden, so däß auch bei Versagen des einen oder anderen Teiles und somit beim Ausfall der Anzeige eine Überhitzung oder gar Zerstörung z. B. des Ofens ausgeschlossen ist. Das Instrument schaltet in der Nullpunktstellung einfach ab.
• Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dar, und zwar zeigen Abb. i .eine perspektivische schematische Darstellung des den Regler bildenden Meß= und Schaltwerkes und Abb. a ein Schaltungsschema der elektrischen Teile des Gerätes.
• Das Meßwerka zeigt den jeweiligen Meß-.vvert :durch einen Zeiger b auf einer aus @veiter Entfernung gut ablesbaren Skala c an. Es kann je .nach ,der Höhe der zu messenden Temperatur z. B. als Kreuzspulmeß.werl<: oder Minivoltmeter ausgebildet sein, wobei der Wärmefühler d bei niedrigen Temperaturen als Widerstandsthermometer oder ,bei höheren bzw. höchsten Temperaturen einerseits als thermoelektrisches Pyrometer und anderer-Ü sets als Strahlungspyroineter ausgebildet ist.
• # die Achse e, um, die sich der il-Tewerhzeiger b bewegt, ist auch der Tragarm f für die Einstellmarke ä schwenkbar, ,damit er auf jeden gewünschten Rogelwert eingestellt werden kann. Zur Einstellung kann ein Schneckentrieb, eineFeststellschraube lt o. dgl. dienen. Auf dem Tragarm sind übereinander in einem gewissen Abstande voneinander eine Lichtquelle i und ein Photoelement oder eine Photozelle j so angebracht, daß der pärallel zur Achse e Yerlaufende Lichtkegel k der ersteren, i, auf das oder die.letztere, j, fällt. Am Meßwerkzeigler b ist ein undurchsichtiges Plättchen L angebracht, das zwischen der Lichtquelle i und dem Photoelement j durch den Lichtkegel hindurchgeführt wird und diesen unterbricht, wenn der Zeiger b den Regelwert erreicht hat. Umgekehrt kann aber auch der Lichtkegel k durch das Plättchen l bis .zum Erreichen :des Maximalwertes abgedeckt sein und dann freigegeben werden. Sowohl beim Auftreten wie beim Ausbleiben der Ausleuchtung der Photozelle j läßt sich durch geeignete elektrisch zü betätigende Steuerorgane der Regelvorgang, z. B. Vermehrung oder Verminderung .der Wärmezufuhr, erreichen. Zur Überbrückung der thermischen Trägheit ist der Tragarm f im Ausführungsbeispiel mit einem Anschlag in zu versehen.
• Auf Grund seiner einfachen und betriebssicheren Arbeitsweise läßt sich der neue Regler in der Industrie für die mannigfaltigsten Aufgaben vorteilhaft verwenden.

Claims (5)

1. PATENTANSPRÜCHE i. Anzeige- oder Regelinstrument für selbsttätige lichtelektrische Regelung, bei dem die Lichtquelle und die Photozelle übereinander auf einem Tragarm angeord net siiad, der um die Achse des eine Blende zur Abdeckung der Lichtquelle gegenüiber der Photozelle tragenden Instrumentenzeigers geschwenkt werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß der gemeinsame Tragarm (f) eine Einstellmarke (ä) trägt und bis über oder an ,die der Kreisführung des Instrumentenzeigers (b) angepaßten Skala (c) reicht und außerdem zur Begrenzung der Zeigerbewegung als Anschlag (m) oder Träger eines solchen für den Instrutnentenzeiger (b) dient.
2. 2. Lichtelektrisches Anzeige- und Regelinstrument nach Patentanspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Einstellmarkentragarm (f) gegenüber der. Skala (c) feststelbar ist.
3. 3. Lichtelektrisches Anzeige- und Regelinstrument nach Patentanspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Einstellmarkentragarm (f) mittels eines Sebnekkentriebes verstellbar ist. d..
4. Lichtelektrisches Anzeige- und Regelinstrument nach Patentanspruch i, dadurch .gekennzeichnet, daß die Blende (l) so breit ausgebildet ist, daß selbst beim Meßwerkzeigernachlauf (b) der Lichtkegel (k) nicht wieder freigegeben wird.
5. 5. Lichtelektrisches Anzeige- und kegelinstrument:nach den Patentansprüchen i bis q., dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Meßwerkzeiger (b) mit Blenden (l) eine oder mehrere auf einem oder mehreren Tragarmen (/-) angeordnete Regeleinrichtungen, die auch unbeweglich eingebaut sein können, bedienen. Zur Abgrenzung des Anmeldungsgegenstandes vom Stand,der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden: Archiv für Elektrotechnik, 1935, (5g8/9); Geffken-Richter-Winkelmann, Die lichtempfindliche Zelle als technisches Steuerorgan, 1933, (21516).