DE1184100B - Einrichtung zur Umwandlung einer elektrischen Stromgroesse in einen proportionalen Druck - Google Patents

Description

• Einrichtung zur Umwandlung einer elektrischer Stromgröße in einen proportionalen Druck Zur Erfassung elektrischer Meßgrößen für die pneumatische Regelungstechnik werden sogenannte Meßwertumformer verwendet, welche den zu bestimmenden elektrischen Wert in einen proportionalen Luftdruck umwandeln. Die meisten Einrichtungen dieser Art arbeiten nach dem Kraftvergleichsverfahren. Sie bestehen aus einer mit dem zu messenden elektrischen Wert beaufschlagten Spule, welche in einem Magnetfeld beweglich angeordnet ist, einem mit der Spule mechanisch verbundenem Druckmeßsystem und einem ebenfalls mit der Spule mechanisch verbundenem Kraftschalter zur Steuerung des Ausgangsdruckes. Der durch den meistens aus einer Düse und einer Prallplatte sowie einem nachgeschälteten Kraftverstärker bestehenden Kraftschalter gesteuerte Ausgangsdruck wird dem Druckmeßinstrument zugeleitet. Es bildet sich ein Kräftegleichgewicht zwischen der durch die elektrische Eingangsgröße auf die Spule ausgeübten Kraft und der Kraft des Kompensationsmeßsystems.aus, wobei der Ausgangsdruck selbsttätig so eingeregelt wird, daß er der Eingangsgröße proportional ist. Bei den bekannten Anordnungen werden als Kompensationskraftgeber vorzugsweise elastische - Wellrohrkörper verwendet, aber auch Bourdonfedern und Membranmeßwerke sind bereits als Kompensationskraftgeber vorgesehen worden. Anordnungen dieser Art sind nur brauchbar, wenn die elektrische Eingangsgröße verhältnismäßig große Kräfte zu erzeugen vermag. Auch dann sind noch meist Hebelanordnungen zur Verkleinerung der Kompensationskraft notwendig. Eine Unzulänglichkeit der bekannten Einrichtungen mit Kraftkompensation ist, daß ihre Justierung oft Schwierigkeiten macht. Die Veränderung des Hebelverhältnisses, mit welchem das Kompensationssystem auf das elektrische Eingangsmeßwerk einwirkt, bringt nicht selten Verschiebungen mit sich, welche infolge der Eigensteifheit der als Kompensationssysteme verwendeten Meßwerke unkontrollierbare Kräfte auf die Meßwerkspule und den Kraftschalter ausüben. Diese Kräfte müssen durch -den Ausgangsdruck ebenfalls kompensiert werden und ergeben dadurch eine Verfälschung des Meßergebnisses.
• Die Einrichtung nach der Erfindung weist die genannten Nachteile nicht auf und stellt eine Verbesserung der bekannten Anordnungen dieser Art dar. Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung zur Umwandlung einer elektrischen Stromgröße in einen proportionalen Luftdruck für die pneurnatischeRegelung, bei welchem die Kraft einer mit dem elektrischen Eingangswert beaufschlagten Meßwerkspule durch ein unter dem vom Kraftschalter gesteuerten Ausgangsdruck stehendes Kompensationssystem ausgewogen wird.
• Die Erfindung besteht darin, daß als Kompensationskraftgeber ein auf langer Basis in Längsrichtung frei verschiebbar gelagerter Stift dient, welcher durch eine BQhi-mmgsin der Wand eines mit unter dem Ausgangsdruck stehender Luft gefüllten Gefäßes geführt ist.
• Die Meßwerkspule kann dabei in an sich bekannter Weise an einem den Kraftschalter betätigenden Waagebalken angebracht sein. Der Kompensationskraftgeber ist vorzugsweise. in, einer Richtung senkrecht zur Achse des Waagebalkens verschiebbar, so daß es zur Einstellung des Übersetzungsverhältnisses und damit des Meßbereiches auf verschiedene Punkte des Waagebalkens zum Einwirken gebracht werden kann. Die Erfindung wird irrfolgenden an Hand der A b b. 1 näher erläutert. Diese zeigt ein Ausführungsbeispiel der Einrichtung nach der Erfindung; die A b b. 2 zeigt den verwendeten Kompensationskraftgeber mit einer Ausgestaltung der Erfindung.
• In A b b.- 1 ist ein Waagebalken 1 gezeigt, welcher durch ein Federgelenk 2 gelagert ist. Das Federgelenk 2 ist an -der Stelle 3 ortsfest, aasgelenkt. An dem einen Ende des Waagebalkens.1 ist eine Tauchspule 4 befestigt, welche sich im Magnetfeld eines als Topfmagnet ausgebildeten Permanentmagneten 5 in axialer Richtung bewegen kann. Am anderen Ende des Waagebalkens 1 ist eine verstellbare Prallplatte 6 angebracht. Der Prallplatte..gegenüber ist eine mit Druckluft gespeiste Düse 7 vorgesehen.
• Diese bildet mit der Prallplatte 6 und dem nachgeschalteten Druckverstärker-8 den Kraftschalter für die Steuerung des Ausgangsdruckes. Der Ausgangsdruck des Kraftsohalters wird den nachgeschalteten pneumatischen Meßwerken und Reglern zugeleitet, außerdem wird er über eine Leitung 9 zum Kompensationskraftgeber geführt. Der Kompensationskraftgeber besteht aus einem Gehäuse 10, in dessen Wandung zwei voneinander um ein Mehrfaches des Stiftdurchmessers entfernte, vorzugsweise zylindrische Lager 11 und 12 vorgesehen sind, und einem Stift 13, welcher durch diese Lager in Längsrichtung frei beweglich geführt ist. Das Spiel des Stiftes 13 in den Lagern 11 und 12 ist so groß, daß die Bewegung des Stiftes leicht möglich ist. Es hat sich herausgestellt, daß sich bei dieser Anordnung der Stift 13 praktisch ohne jegliche Reibung in Längsrichtung zwischen den Lagern 11. und 12 bewegen kann, weil die geringe, zwischen dem Stift und den Lagern ausströmende Luftmenge ein festes Ansetzen verhindert. Das Gehäuse 10 ist auf einer Schiene im Gehäuseboden 15 verschiebbar, seine Lage kann durch die Schraubenspindel 14 mit dem Rändelkopf 16 verschoben werden. Zwischen dem einen Ende der Bodenplatte 15 und der Kompensationsanordnung 10 ist eine in der Abbildung nicht eingezeichnete Zugfeder gespannt, welche den toten Gang des Spindeltriebes ausschaltet.
• Die zu messende Stromgröße erzeugt in der Spule 4 eine auf diese wirkende, nach oben gerichtete Kraft, welche die Prallplatte 6 der Düse 7 nähert. Der dadurch erhöhte Druck hinter der Düse steuert den Kraftverstärker 8, dessen Ausgangsdruck über die flexible Leitung 9 in die untere Kammer des Gefäßes 10 geleitet wird. Dieser Druck wirkt auf den Stift 13 wie auf einen Kolben und drückt diesen nach oben gegen den Waagebalken 1. Durch die Wirkung des Kraftschalters stellt sich ein Kräftegleichgewicht zwischen der durch den Stift 13 auf den Waagebalken 1 ausgeübten Kraft und der durch die Eingangsgröße erzeugten Kraft aus, der hierfür notwendige Druck ist ein Maß für die Eingangsgröße. Der Stift 11 hat im Gegensatz zu den bei üblichen Meßwertumformern als Kompensationskraftgeber verwendeten Faltenbalgs oder anderen Federkörpern keine Richtkraft. Selbst wenn bei einer Verschiebung des Kompensationskraftgebers zur Veränderung des Meßbereiches dieser Kompensationskraftgeber dem Waagebalken genähert oder von diesem entfernt wird, bewirkt diese Abstandsänderung keinerlei Kräfte auf den Waagebalken. Eine Justierung des Abstandes zwischen dem Kompensationskraftgeber und dem Waagebalken ist daher keineswegs kritisch. Die Kraft, welche durch den Druck im Gefäß 10 auf den Stift 13 ausgeübt wird, ist diesem Druck zwar proportional, jedoch verhältnismäßig gering. Dies bedeutet eine große Verstärkung, wodurch auch sehr kleine Kräfte der Meßwerkspule 4 kompensiert werden können, ohne daß hierfür komplizierte und störungsanfällige Untersetzungsanordnungen erforderlich sind.
• Zur Justierung des Nullpunktes ist bei der Anordnung nach A b b. 1 eine Feder 17 vorgesehen, welche am Waagebalken 1 befestigt ist. An ihrem unteren Ende ist ein kleiner Permanentmagnet 18 angebracht, der mit einer Schraube 19 in Verbindung steht. Durch Drehen der Schraube 19 kann die Justierfeder 17 mehr oder weniger gespannt und damit der Nullpunkt der gezeigten Anordnung leicht verstellt werden. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß zur Abnahme des Waagebalkens keine gesonderte Verbindung zwischen der Justierfeder und der Bodenplatte des Instrumentes gelöst werden muß.
• In der A b b. 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des Kompensationskraftgebers mit einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung dargestellt. Diese Kompensationsanordnung enthält wieder ein Gehäuse, welches diesmal mit 20 bezeichnet ist und in dessen Wandung zwei Lager 21 und 22 vorgesehen sind. Diese Lager dienen als Führung des Stiftes 23. Die unter dem Ausgangsdruck des Druckverstärkers stehende Luft wird durch die Zuführungsleitung 25 in das', Gehäuse eingeleitet. Am oberen und unteren Ende des durch das Gehäuse 20 zwischen den tägerh 21 und 22 gebildeten Rohres ist je eine Druckleitung 26 und 27 vorgesehen, und der Stift 23 trägt einen Schwebekörper 24. Durch die Rohre 26 oder 27 kann unter Druck stehende Luft zugeleitet werden. Dadurch wird eine von den Dimensionen des Schwebekörpers 24 und der Luftströmung zwischen den Lagern 21 und 22 abhängige zusätzliche Kraft auf den Stift 23 und damit auf den Waagebalken ausgeübt. Sie wird zu Korrekturzwecken ausgenutzt. Dabei kann je nach der Art der geforderten Korrekturkraft die durch die Leitungen 26 oder 27 eingeleitete Luft unter einem konstanten Druck oder auch unter einem vom Meßwert abhängigen Druck stehen. Im letzteren Falle kann ein nichtlinearer Zusammenhang zwischen Meßwert und Ausgangsluftdruck erreicht werden. Der Schwebekörper 24 kann mit schrägen Nuten oder Flügeln versehen sein, so daß er durch die an ihm vorbeiströmende Luft in Drehung versetzt wird.

Claims (13)

1. Patentansprüche: 1. Einrichtung zur Umwandlung einer elektrischen Stromgröße in einen proportionalen Druck für die pneumatische Regelung, bei welchem die Kraft einer mit dem elektrischen Eingangswert beaufschlagten Meßwertspule durch ein unter dem von einem Kraftschalter gesteuerten Ausgangsdruck stehendes Kompensationssystem ausgewogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Kompensationskraftgeber ein auf langer Basis in Längsrichtung frei verschiebbar gelagerter Stift dient, welcher durch eine Bohrung in der Wandung eines mit unter dem Ausgangsdruck stehender Luft gefüllten Gefäßes geführt ist.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gokennzeichnet, daß der Durehnunser des Fihrungs,-lagern gegenüber dem Stiftdurchmesser so gewählt ist, daß ein Hindurchtreten von Luft zwischen Stift und Führungslager möglich ist.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Basis der Führungslagerung ein Vielfaches des Stiftdurchmessers, beträgt.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerung des Stiftes durch zwei voneinander um ein Vielfaches des Stiftdurchmessers entfernte Steinlager gebildet ist.
5. 5. Eäu-ichtung nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Steinlager durch ein Rohr miteinander verbunden sind.
6. 6. Einrichtung nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der innerhalb dos die Lager tragenden Rohres befindliche Teil des Stiftes als Staukörper ausgebildet ist.
7. 7. Einrichtung nach Anspruch 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß das die Lager tragende Rohr an beiden Enden Druckanschlußstutzen besitzt. B.
8. Einrichtung nach Anspruch 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Staukörper schräge Nuten aufweist.
9. 9. Einrichtung nach Anspruch 1 und 7, dadurch gekennz>chnet, daß die Druckanschlußstutzen an eine konstante Druckdifferenz angeschlossen sind.
10. 10. Einrichtung nach Anspruch 1 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß einer der beiden Druckanschlußstutzen mit dem Ausgangsdruck des Kraftschalters verbunden ist.
11. 11. Einrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwerkspule in an sich bekannter Weise an einem den Kraftschalter betätpgenden Waage backen angebracht ist und der Kompensationskraftgeber in. Richtung senkrecht zur Achse des Waagebalkens verschiebbar ist.
12. 12. Einrichtung nach Anspruch 1 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Verschiebung des Kompensationskraftgebers unter dem Einfluß einer den toten Gang ausschaltenden Zugfeder steht.
13. 13. Einrichtung nach Anspruch 2 und 1 1 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine einstellbare Feder vorhanden ist, welche zur Einstellung des Nullpunktes, oder zur Unterdrückung eines Meßbereichsanfangswexbes am Waagebalken befestigt ist. 14.. Einrichtung nach Anspruch 1 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß das nicht am Waagebalken angreifende Ende der Einsitellfeder mit einem Magneten verbunden ist, welcher auf einem durch ein Sehraubargwinde veaschiebbaren Tisch aus magnetischem Material aufliegt.