DE2447669A1

DE2447669A1 - Verfahren und schaltungsanordnung zur temperaturregelung

Info

Publication number: DE2447669A1
Application number: DE19742447669
Authority: DE
Inventors: Horst Drexler
Original assignee: Gesellschaft fuer Kernforschung mbH
Current assignee: Gesellschaft fuer Kernforschung mbH
Priority date: 1974-10-05
Filing date: 1974-10-05
Publication date: 1976-04-15

Description

Verfahren und Schaltungsanordnung zur Temperaturregelung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Temperaturregelung einer Widerstandsheizung und eine Schaltungsanordnung zum Ausführen des Verfahrens.
Derartige Regelschaltungen haben die Aufgabe für unterschiedliche Prozesse die Temperatur eines Anlageteiles auf einem vorbestimmten Wert konstant zu halten oder nach einem Programm zeitlich zu ändern.
Es sind Einrichtungen der erfindungsgemäßen Art bekannt, bei denen das Messen der Temperatur von Heizwiderständen durch besondere, notwendigerweise am Ort des Heizwiderstandes angeordnete Temperaturfühler wie Thermoelement, Widerstandsthermometer oder Strahlungspyrometer erfolgt.
Der Nachteil dieser Einrichtungen besteht insbesondere darin, daß die Meßgrößenaufnehmer den Meßwert nur indirekt erfassen, eine besondere Meßwertverarbeitung erfordern und einen vorbestimmten Raumbedarf haben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, nach dem die Temperatur eines Heizwiderstandes geregelt.
werden kann, wobei die Messung der Temperatur direkt und ohne übliche Temperaturmeßeinrichtungen erfolgt.
Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zu entwickeln, mit der das Verfahren ausgeführt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Momentanwerte des von einem Heizwiderstand aufgenommenen Stromes und die Momentanwerte der an dem Heizwiderstand anliegenden Spannung gemessen werden, daß durch Dividieren zeitgleicher Spannungs- und Stromwerte der momentane Widerstand des Heizwiderstandes bestimmt wird, und daß dieser mit der Temperatur des Heizwiderstandes in einem vorbestimmten Zusammenhang stehende Quotient als der momentanen Temperatur des Heizwiderstandes entsprechender Istwert in einen Temperaturregler gegeben wird.
Das Verfahren nach der Erfindung läßt sich in einfacher Weise dadurch realisieren, daß ein erster Meßumformer zum Messen des Momentanwertes der an dem Heizwiderstand anliegenden Spannung und ein zweiter Meßumformer zum Messen des Momentanwertes des vom Heizwiderstand aufgenommenen Stromes vorgesehen ist, daß dem ersten und dem zweiten Meßumformer zur Mittelwertbildung je ein Integrationsglied nachgeschaltet ist, daß die Ausgänge der Integrationsglieder auf einen den Quotienten aus Spannung und Strom bildenden Dividierer geschaltet sind, und daß der den temperaturproportionalen Quotienten führende Ausgang des Dividierers auf den Istwerteingang des Temperaturreglers geschaltet ist.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß der Einbau eines Temperaturfühlers herkömmlicher Art vollständig entfällt, und daß Temperaturmessungen und damit Temperaturregelungen auch an Bauelementen möglich werden, die aus konstruktiven oder funktionellen Gründen unzugänglich sind.
Ferner werden durch den Temperaturfühler bedingte Begrenzungen der möglichen Höchsttemperatur durch den Wegfall des Temperaturfühlers aufgehoben. Die Betriebssicherheit wird wesentlich erhöht.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden naher heschrieben.
In einem Hüllrohr eingeschlossene U02-Stäbe 1 werden durch Anlegen einer elektrischen Spannung aufgeheizt und schließlich abgeschmolzen. Die Kühlung der UO2-Stäbe erfolgt zunächst mit einem Gas, später mit einem Flüssigmetall wie z.B. Natrium.
Das UO2 besitzt einen hohen negativen Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstandes, deshalb ist zum Einstellen eines definierten Temperaturprofils über einer vorbestimmten elektrischen Leistung eine Regelung erforderlich.
Die Stromversorgung des aus den UO2-Stäben 1 bestehenden Heizwiderstandes erfolgt aus einer Drehstrombrückenschaltung 2 mit Phasenanschnittsteuerung (440 Volt, 30 Ampere), der eine Glättungsdrossel 3 nachgeschaltet ist. Dem Heizwiderstand sind unmittelbar vorgeschaltet ein Meßumformer 4 zum Messen des Momentanwertes des Stromes, ein Meßumformer 5 zum Messen des Momentanwertes der Spannung und ein Strombegrenzungswiderstand 6. Der Momentanwert des Stromes wird als Istwert in einen Folgeregler 7 eingegeben und gleichzeitig zur Mittelwertbildung einem Integrationsglied 8 bestehend aus einer RC-Kombination mit einer Zeitkonstanten von r= 10 ms zugeführt. Der Folgeregler 7 ermöglicht eine Strombegrenzung im Bereich von 0 bis 300 A, indem auf dessen Eingang 9 ein Wert für den maximalen Effektimgert des Stromes gegeben wird.
Der Ausgang des Meßumformers 5 für den Momentanwert der Spannung ist auf ein weiteres Integrationsglied 10 geschaltet, dessen Zeitkonstante ebenfalls 10 ms beträgt. Die Ausgänge der Integrationsglieder sind auf einen Dividierer 11 geschaltet, der aus den Mittelwerten von Strom und Spannung den Mittelwert des Widerstandes bildet. Die Integrationsglieder verhindern die Bildung eines Quotienten Null am Ausgang des Dividierers, der bei großem Phasenanschnitt der Drehstrombrückenschaltung 2 entstehen kann und erzeugen ein für den Reglereingang geeignetes Gleichspannungssignal. Aus einem dem Dividierer 11 nachgeschalteten eumformer 12 erhält der Führungsregler 13, der als PJ-Regler ausgebildet ist, ein Istwert-Eingangssignal von 0 bis 20 mA. Dieses Signal entspricht dem mittleren Heizwiderstand für zwei unterschiedliche Längen der UO -Stäbe 1 in den Bereichen von 2 bis 200 Ohm und von 4 bis 400 Ohm. Der Dividierer 11 besteht aus einem linearen JC mit entsprechender Beschaltung.
Die am Heizwiderstand durch das Kühlmittel abgeführte Leistung wirkt als Störgröße im Regelkreis. Jede Xnderung des Kühlmitteldurchsatzes ändert die abgeführte Leistung. Dabei ändern sich Strom und Spannung im Sinne der Verhinderung einer Widerstands-und damit Temperaturänderung an dem Heizwiderstand.
Das Führungsverhalten ist durch ähnliche Vorgänge gekennzeichnet wie sie beim Einschwingen auftreten. Z.B. bei konstanter abgeführter Leistung, also gleichbleibendem Kühlmitteldurchsatz hat eine Verkleinerung des Widerstandssollwertes eine Spannungserhöhung zur Folge. Die höhere zugeführte Leistung bewirkt eine Temperaturzunahme und eine Widerstandsabnahme. Bei Erreichen des neuen Sollwertes sinkt die Spannung wieder, bis sich ein der neuen Temperatur am Heizwiderstand entsprechendes Leistungsgleichgewicht einstellt.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Temperaturregelung einer Widerstandsheizung, dadurch gekennzeichnet, daß die Momentanwerte des von einem Heizwiderstand aufgenommenen Stromes und die Momentanwerte der an dem Heizwiderstand anliegenden Spannung gemessen werden, daß durch Dividieren zeitgleicher Spannungs- und Stromwerte der momentane Widerstand des Heizwiderstandes bestimmt wird, und daß dieser mit der Temperatur des Heizwiderstandes in einem vorbestimmten Zusammenhang stehende Quotient als der momentanen Temperatur des fleizwiderstandes entsprechender Istwert in einen Temperaturregler gegeben wird.

2. Schaltungsanordnung zum Ausführen des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Meßumformer (5) zum Messen des Momentanwertes der an dem Heizwiderstand (1) anliegenden Spannung und ein zweiter Meßumformer (4) zum Messen des Momentanwertes des vom Heizwiderstand (1) aufgenommenen Stromes vorgesehen ist, daß dem ersten und dem zweiten Meßumformer (5, 4) zur Mittelwertbildung je ein Integrationsglied (8, 10) nachgeschaltet ist, daß die Ausgänge der Integrationsglieder (8, 10) auf einen den Quotienten aus Spannung und Strom bildenden Dividierer (11) geschaltet sind, und daß der den temperaturproportionalen Quotienten führende Ausgang des Dividierers (11) auf den Istwerteingang des Temperaturreglers (13) geschaltet ist.

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