DE2005114A1 - Regelschaltung zur Erzielung eines zeithnearen Temperaturanstieges bzw Abfalles in elektrischen Ofen - Google Patents

Description

• Regelschaltung zur Erzielung eines zeitlinearen Temperaturanstieges bzw. Abfalles in elektrischen Öfen.
• Die Erfindung betrifft eine Regelschaltung für einen zeitlinearen Temperaturanstieg bzw. -abfall in elektrischen Öfen unter Verwendung eines zeitlinearen Sollwertgebers.
• Ein solcher zeitlinearer Aufheiz- bzw. Abkühivorgang ist flir bestimmte meßtechnische Untersuchungen, z.B. für die Differentialthermoanalyse,erforderlich. Dabei sollte auch die Aufheiz- bzw. Abkühlrate in einfacher Weise zu verändern aein.
• Es wurde nun zu diesem Zweck eine Regelschaltung entwickelt, bei der zwischen Regler und einem nach dem Prinzip der Phaßenanachnitteßteuerung arbeitenden elektrischen Stellglied ein Funktionsgenerator geschaltet ist, der die Funktion NlUar), d.h. die Heizleistung in Abhängigkeit von der Reglerausgangsspannung, liniaresiert. Auf diese Weise wird die nichtlineare UbertragungaSunktion des Stellgliedes auf eine lineare Punktion reduziert und eine optimale Anpaseung der Reglerparameter ermöglicht.
• Vorteilhaft besteht der Sollwertgeber für die Regelschaltung aus einem elektronischem Integrator, der eine konstante Eingangsspannung aufintegriert. Um verschiedene Aufheiz- bzw.
• Abkühlraten einzustellen, braucht dann nur die Eingangsspannung stufenweise variiert zu werden.
• Mit diesem Sollwertgeber lassen sich Aufheiz- bzw. AbkUhlzeiten bis zu etwa zwei Stunden realisieren. Wenn längere Aufheiz- bzw. Abkühlzeiten erforderlich sind, wird vorteilhaft ein Sollwertgeber verwendet, der aus einem Impulsgenerator konstanter Frequenz, einem Digitalzähler und einem Digital-Analogwandler besteht.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen: Figur 1 ein Blockschaltbild des Regelkreises, Figur 2 ein Blockschaltbild des Phasenanschnitt-Stellgliedes, Figur 3 die normierte vom Stellglied abgegebene elektrische Leistung als Funktion der Stellgliedeingangaspannung Ue, Figur 4 ein Beispiel für die Ermittlung der Funktion Ue(Uar), die Stellgliedeingangsspannung U5 in Abhängigkeit der Reglerausgangespannung Uar, und Figur 5 ein Schaltungebeispiel für einen Funktionsgenerator.
• Die Ofentemperatur wird mit einem Thermoelement 1 gemessen, das mit dem Istwert-Eingang des Reglers 2 verbunden iet. Der Sollwertgeber 3 ist an den Sollwert-Eingang des Reglere 2 angeschlossen. Der zeitlineare ansteigende bzw. abfallende Sollwert ergibt sich als Ausgangepannung eines elektroniechen Integrators, der eine konstante Eingangespannung aufintegriert.
• Wenn sehr lange Aufheizzeiten benötigt werden (mehr ale zwei Stunden) wird anstelle des elektronischen Integratore ein Sollwertgeber verwendet, der aus einem Impulegenerator konstanter Frequenz, einem Digitalzähler und einem Digital-Analogwandler besteht. Der Regler 2 besteht in bekannter Weise aus einem Operationsverstärker mit Gegenkopplungsnetzwerk zur Erzeugung einer komplexen Übertragungsfunktion mit PID-Verhalten.
• Das Stellglied 5 besteht aus einer Thyristorstufe 6 mit zugehöriger Steuerschaltung für den Phasenanschnitt. Die Steuerschaltung setzt sich zusammen aus einem Integrator 7, einem Trigger 8 und einem Impulshöhenbegrenzer 9. Erreicht die Ausgangsspannung des Integrators den Triggerpegel Ut des nachfolgenden Schmitt-Triggers 7, so kippt dieser um und löst damit einen Durchschaltimpuls für den Thyristor 5 aus.
• Zur Synchronisierung dieser Schaltimpulse mit der Neztfrequenz, wird der Integrator 7 in den Nulldurchgängen der Netzspannung auf seinen Anfangswert zurückgesetzt. Durch Variation der Eingangsspannung Ue und geeigneter Dimensionierung der Zeitkonstantenrl des Integrators, läßt sich der Schaltzeitpunkt des Thyristors im Bereich von ungefähr 0 bis T/2 verändern (T = Periodendauer). Dadurch kann man die Leistungsabgabe an den Ofen kontinuierlich von Null bis auf einen Maximalwert einstellen. Entsprechend der Funktionsweise des Stellgliedes läßt sich die auf den Maximalwert bezogene abgegebene Beistunga ableiten und man erhält: N -NN = U 1 Sin = 1 - 2 max T'Ue -e TsUe In Figur 3 ist diese Funktion dargestellt.
• Zur Linearisierung der Funktion N(Uar) bzw. (Uar) mit Uar als Reglerausgangespannung wird zwischen Regler und Leistungsstufe ein Funktonegenerator 3 geschaltet. Die Funktion des Funktionagenerator Ue(Uar) wird Bo eingestellt, daß eie in Verbindung mit G1.(1) eine lineare Funktion 4 (Uar) ergibt.
• Auf graphischem Wege (Figur 4) läßt sich die gesuchte Funktion Ue (Uar) durch Projektion der Funktion(Ue) an der vorgegebenen Geraden E (Uar) ermitteln. Die Funktion Ue (Uar) wird von dem Funktionsgenerator durch einen Sehnenzug approximiert, der durch ein vorgespanntes Dioden-Widerstandsnetzwerk mit nachfolgendem Verstärker erzeugt wird. Figur 5 zeigt ein Beispiel für einen Funktionsgenerator. Durch unterschiedliche Vorspannungen beginnen die Dioden bei verschiedenen Werten der Eingangsspannung zu leiten. Die Anzahl der Dioden erhält man aus dem vorgegebenen maximalen Prinzipfehler der Approximation. Die Widerstände berechnen sich aus den Steigungsänderungen des Sehnenzuges bei verschiedenen Eingangsspannungen.

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   C RegelBchaltung für einen zeitlinearen Temperaturanstieg bzw. -abfall in elektrischen Öfen unter Verwendung eines zeitlinearen Sollwertgebers, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Regler (2) und einem nach dem Prinzip der Phasenanschnittssteuerung arbeitenden elektrischen Stellglied (5) ein Funktionsgenerator (4) geschaltet ist, der die Funktion N (war), d.h.

   die Heizleistung in Abhängigkeit von der Reglerausgangspannung, linearisiert.
2. 2. Regelschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwertgeber (3) in an sich bekannter Weise aus einem elektronischen Integrator besteht, der eine konstante Eingangsspannung aufintegriert.
3. 3. Regelschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwertgeber (3) aus einem Impulsgenerator konstanter Frequenz einem Digitalzähler und einem Digital-Analog-Wandler besteht (wird benötigt für längere Aufheizzeiten,2h).