DE971202C

DE971202C - Control relay with feedback effect for compressed air-operated controllers to regulate variables such as temperature, pressure, quantity

Info

Publication number: DE971202C
Application number: DEB20007A
Authority: DE
Inventors: Karl Bester
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1950-04-02
Filing date: 1950-04-02
Publication date: 1958-12-24

Description

(WiGBl. S. 175)(WiGBl. P. 175)

AUSGEGEBEN AM 24. DEZEMBER 1958ISSUED DECEMBER 24, 1958

B 2oooy IX142 rB 2oooy IX142 r

Die Erfindung bezieht sich auf die Schaffung eines Steuerrelais mit Rückführwirkung für druckluftbetriebene Regler zur Regelung von Größen wie Temperatur, Druck, Menge.The invention relates to the creation of a control relay with feedback effect for compressed air-operated Regulator for regulating variables such as temperature, pressure, quantity.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Relais zu schaffen, das hauptsächlich bei Proportionalreglern Verwendung findet, und zwar dann, wenn der Proportionalbereich des Kraftverstärkers in bezug auf den Meßwerkausschlag eine zu große Steuerdruckänderung an das Stellglied weitergibt. Dies äußert sich in Schwingungserscheinungen des Regelkreises; der Sollwert wird also nicht gehalten. The invention is based on the object of creating a relay that is mainly used in proportional controllers Is used, namely when the proportional range of the booster with respect to the Measuring mechanism deflection passes on too great a control pressure change to the actuator. This is expressed in Oscillation phenomena of the control loop; the setpoint is therefore not maintained.

Schaltet man nun einem solchen Proportionalregler das erfindungsgemäße Relais nach, so wird der rein proportionale Steuerdruckanstieg des Kraftverstärkers in einen kleineren proportionalen Steuerdruckanstieg und in einen integralen Steuerdruckanstieg auf das Stellglied umgesetzt. Das Stellglied selbst nimmt aber im Gleichgewichtszustand stets die Stellung ein, die dem Proportionalbereich des Kraftverstärkers entspricht. Es läuft also in keine seiner Endstellungen.If the relay according to the invention is now switched after such a proportional controller, it becomes pure proportional control pressure increase of the power amplifier into a smaller proportional control pressure increase and converted into an integral control pressure increase on the actuator. But the actuator itself takes in the state of equilibrium, always a position that corresponds to the proportional range of the power amplifier. So it doesn't run into any of its end positions.

Mit dem erfindungsgemäßen Steuerrelais wird also erstmalig eine nachgiebige Rückführung geschaffen, die unter Wegfall aller Verbindungshebel mit ihren Drehpunkten und ohne Beeinflussung der Steuerdüse direkt auf die Größe des an das Stellglied gegebenen Steuerdruckes einwirkt.With the control relay according to the invention, a flexible feedback is created for the first time, the omission of all connecting levers with their pivot points and without influencing the control nozzle acts directly on the size of the control pressure applied to the actuator.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der im Kraftverstärker erzeugte Druck zur Erzeugung der Rückführwirkung über eine Einlaßdrossel und eine Ausgleichsdrossel einem Differenzdrucksystem zugeführt wird und der erzeugte Differenzdruck so aufAccording to the invention, this object is achieved in that the pressure generated in the power booster is used for generation the feedback effect via an inlet throttle and a compensating throttle to a differential pressure system is supplied and the differential pressure generated so on

809 692/14809 692/14

ein Drucksystem wirkt, daß der Steuerdruck nach Maßgabe des im Kraftverstärker erzeugten Druckes das Regelglied mittelbar diesem Druck entsprechend einstellt und der erzeugte Differenzdruck dem durch den Kraftverstärker erzeugten Druck entgegenwirkt. Der Erfindungsgedanke wird nunmehr an Hand der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert, die das Rückführrelais im Schnitt, Kraftverstärker, Zuführungsleitungen und Regelglied in ίο schematischer Darstellung zeigt.a pressure system acts that the control pressure according to the pressure generated in the booster the control element indirectly adjusts this pressure accordingly and the differential pressure generated by the counteracts the pressure generated by the booster. The idea of the invention is now based on the Drawing explained in more detail using an exemplary embodiment, which shows the feedback relay in section, power amplifier, Feed lines and control element in ίο shows a schematic representation.

Das Rückführrelais ist mit ι bezeichnet. Die in der Leitung 2 ankommende Steuerluft tritt bei 3 in das Relais 1 ein. Mit Hilfe der Drossel 4 ist bei geöffneter Düse 5 der Vordruck auf beispielsweise 0,1 atü eingestellt. Die Drosselklappe 6 staut durch das Druckmeßsystem 7 je nach Abweichung vom Sollwert den Druck in der Leitung 8. Dieser Druck wird in die Membrankammer 9 des Rückführrelais geleitet und drückt bei einer Druckübersetzung über die Membran ao 10 oder aber, wenn mit gleichen Drücken im Kraftverstärker und in der Steuerleitung 14 gearbeitet wird, direkt auf den Federungskörper 11. Das Einlaßventil 12 öffnet sich und läßt Luft in den Raum 13 einströmen, bis der Federungskörper 11 von beiden Seiten gleich belastet ist. Dieser Druck wird über die Leitung 14 an das Regelglied 15 weitergegeben. Fällt der Druck in der Kammer 9 durch Öffnen der Düse 5, so öffnet der Überdruck in der Kammer 13 das Auslaßventil 116, das in Form eines Rohres mit dem Federungskörper 11 bei 16 fest verbunden ist und in Schließstellung auf einem vom Ventil 12 getragenen Teller 112 ruht. Die überschüssige Luft strömt bei 17 aus, und zwar so lange, bis wieder Druckgleichheit vorhanden ist; der Druck in der Leitung 14 fällt. Die Feder 18 gleicht den durch die Drossel 4 auf die Membran 10 bei geöffneter Düse 5 wirksamen Vordruck aus. Die Membran 19 ist ebenfalls mit dem Ventil 116 fest verbunden. Durch federnde Verbindungen 20, z. B. Gummiringe, ist der Raum 21 von der Kammer 9 und der Raum 22 nach außen hin abgedichtet.The feedback relay is denoted by ι. The one in the Control air arriving in line 2 enters relay 1 at 3. With the help of the throttle 4 is open Nozzle 5, the pre-pressure is set to 0.1 atmospheres, for example. The throttle valve 6 accumulates due to the pressure measuring system 7, depending on the deviation from the setpoint, the pressure in line 8. This pressure is transferred to the Diaphragm chamber 9 of the feedback relay and presses over the diaphragm when pressure is increased ao 10 or if with the same pressures in the power booster and work is carried out in the control line 14, directly on the spring body 11. The inlet valve 12 opens and lets air flow into the space 13 until the spring body 11 is the same on both sides is burdened. This pressure is passed on to the control element 15 via the line 14. If the pressure falls in the chamber 9 by opening the nozzle 5, the overpressure in the chamber 13 opens the outlet valve 116, which is firmly connected in the form of a tube to the spring body 11 at 16 and in the closed position a plate 112 carried by the valve 12 rests. the Excess air flows out at 17 until the pressure is equal again; the Pressure in line 14 falls. The spring 18 resembles the through the throttle 4 on the membrane 10 with the nozzle 5 open. The membrane 19 is also firmly connected to valve 116. By resilient connections 20, for. B. rubber rings, is the Space 21 from the chamber 9 and the space 22 sealed from the outside.

Die vom Kraftverstärker 5, 6 kommende Steuerluft tritt nun über ein Filter 23 und die gleichzeitig zum Absperren dienende einstellbare Verzögerungsdrossel 24 in den Raum 21. Mit dem Raum 21 ist über eine einstellbare Verzögerungsdrossel 25 der Raum 22 verbunden. Steigt nun der Druck in der Kammer 9 und damit in der Leitung 14, so steigt erstmals der Druck unter der Membran 19, da die Drossel 25 das sofortige Übertreten der Luft in die Kammer 22 verhindert, und hebt einen Teil des Druckes in der Kammer 9 auf, so daß auch der Steuerdruck in Leitung 14 einen um diesen Betrag kleineren Wert annimmt. Erst allmählich gleichen sich über die Drossel 25 die Drücke in den Kammern 21 und 22 aus, und der durch den Kraftverstärker 5, 6 bestimmte Druck stellt sich auch in der Leitung 14 ein.The control air coming from the booster 5, 6 now passes through a filter 23 and at the same time to the Shut-off serving adjustable delay throttle 24 in the room 21. With the room 21 is about a adjustable delay choke 25 of space 22 connected. Now increases the pressure in the chamber 9 and thus in the line 14, the pressure under the membrane 19 rises for the first time, since the throttle 25 the immediate Prevents the air from entering the chamber 22, and removes part of the pressure in the chamber 9, so that the control pressure in line 14 also assumes a value that is smaller by this amount. Only gradually The pressures in the chambers 21 and 22 are balanced via the throttle 25, and that by the power amplifier 5, 6, a certain pressure is also established in line 14.

Fällt nun der Druck in der Kammer 9, so wird auch zuerst der Druck in der Kammer 21 fallen. Dadurch wird die Membran 19 einen zusätzlichen Druck auf den Federungskörper 10 erzeugen und das Absinken des Steuerdruckes in der Leitung 14 auf den Druck der Kammer 9 verhindern. Mit Hilfe der Drossel 24 kann nun das Einsetzen der Rückführwirkung verzögert werden, so daß erst ein Regelstoß auf das Membranventil gegeben wird und dann unter dem Einsatz der Rückführwirkung dieser Stoß wieder aufgehoben wird, und zwar bevor die Schwingung ihren Höchstwert erreicht.If the pressure in the chamber 9 now falls, the pressure in the chamber 21 will also fall first. Through this the membrane 19 will generate additional pressure on the spring body 10 and the lowering of the Prevent control pressure in line 14 to the pressure of chamber 9. With the help of the throttle 24 can now the onset of the feedback effect can be delayed, so that only a control impact on the diaphragm valve is given and then this shock is canceled again using the feedback effect, before the oscillation reaches its maximum value.

Erfindungsgemäß kommt es auf also die Erzeugung eines Differenzdrucks im System 19, 21, 22 an, der dem durch den Kraftverstärker gegebenen Druck entgegenwirkt, so daß der an das Regelglied gegebene Steuerdruck erst nach zeitlichem Ausgleich der Differenzdruckkammern die Größe des im Kraftverstärker erzeugten Druckes annimmt. Dabei wird zur Erzeugung dieses Differenzdruckes den Differenzdruckkammern der vom Kraftverstärker gegebene Druck zugeführt. Das Heranziehen des Steuerdruckes vom Kraftverstärker zur Erzeugung des Differenzdruckes hat den Vorteil, daß die wirksame Membranfläche des ersten Differenzdrucksystems 21, 22 nicht größer zu sein braucht als die wirksame Membranfläche des zweiten Differenzdrucksystems 9, 13, um auf den absoluten Nullpunkt zu kommen, d. h., beim Geben eines Steuerdrucks und beim Schließen der Drossel 25 wird kein proportionaler Anteil des Steuerdrucks an das Stellglied 15 weitergegeben. Das Stellglied selbst läuft dann in reiner zeitlicher Abhängigkeit bis zu seinem Proportionalwert. According to the invention, it depends on the generation of a differential pressure in the system 19, 21, 22 that corresponds to the counteracts the pressure given by the booster, so that the control pressure given to the control element only after the differential pressure chambers have been compensated for over time, the size of the in the power amplifier pressure generated. The differential pressure chambers are used to generate this differential pressure the pressure given by the booster is supplied. Attracting the control pressure from the booster to generate the differential pressure has the advantage that the effective membrane area of the first Differential pressure system 21, 22 need not be larger than the effective membrane area of the second Differential pressure system 9, 13 to get to absolute zero, d. i.e. when giving a control pressure and when the throttle 25 is closed, no proportional part of the control pressure is applied to the actuator 15 passed. The actuator itself then runs purely as a function of time up to its proportional value.

Der Ventilkörper 12,112 hat zwei Funktionen zu erfüllen: das eine Mal, die Zuluft zu steuern, die durch die Öffnung 3 zugeführt wird, und das andere Mal die Abluft, die durch die Öffnung 17 ins Freie tritt. Mit dieser Doppelfunktion des Kegels erreicht man, daß der Steuerluftverbrauch stets auf den Wert Null zurückgeht, da die Schließung der einen Öffnung erst die Voraussetzung für die Betätigung der anderen Öffnung bildet. Gleichzeitig wird dadurch erreicht, daß die Membranen 10,19 der ersten und zweiten Differenzdruckkammern 9,13 und 2i, 22 für jeden Steuerdruck genau dieselbe Lage einnehmen. Federeigenschaften oder Reibungen sind dadurch ausgeschaltet.The valve body 12,112 has two functions meet: one time to control the supply air that is supplied through the opening 3, and the other time the Exhaust air that passes through the opening 17 into the open. With this double function of the cone one achieves that the control air consumption always goes back to the value zero, since the closing of one opening is only forms the prerequisite for actuating the other opening. At the same time it is achieved that the membranes 10, 19 of the first and second differential pressure chambers 9, 13 and 2i, 22 assume exactly the same position for each control pressure. Spring properties or friction is eliminated as a result.

Diese erfindungsgemäße Wirkung wird also dadurch erreicht, daß das erste Differenzdrucksystem 21, 22 einen Druck erzeugt, der dem zweiten Differenzdrucksystem 9,13, das vom Druck des Kraftverstärkers 5 bis 7 und vom Druck zum Stellglied beaufschlagt wird, entgegenwirkt und in zeitlicher Abhängigkeit wieder verschwindet. Der weitere Anstieg des Steuerdrucks in Höhe des vom Kraftverstärker 5 bis 7 erzeugten Steuerdrucks geht in rein zeitlicher Abhängigkeit vor sich, deren Größe durch die Drossel 25 eingestellt werden kann.This effect according to the invention is thus achieved in that the first differential pressure system 21, 22 a pressure generated, which is the second differential pressure system 9, 13, which is derived from the pressure of the power amplifier 5 to 7 and is acted upon by the pressure to the actuator, counteracts and again in a time-dependent manner disappears. The further increase in the control pressure in the amount of the control pressure generated by the booster 5 to 7 takes place purely as a function of time, the size of which is set by the throttle 25 can.

Verhindert man nun mit der Drossel24 den sofortigen Übergang des Steuerdruckes in den Raum 21, so wird der proportionale Anteil des Steuerdruckes, der durch den Kraftverstärker 5 bis 7 bestimmt ist, sofort an das Stellglied 15 weitergegeben, indessen beim Übergang des Druckes in die Kammer 21 wieder ganz oder zum Teil zurückgenommen und erneut in reiner zeitlicher Abhängigkeit, bestimmt durch die Drossel 25, an das Stellglied 15 weitergegeben.If you prevent the immediate transfer of the control pressure into chamber 21 with the throttle 24, then the proportional part of the control pressure, which is determined by the booster 5 to 7, immediately to the Actuator 15 passed, meanwhile, when the pressure passes into the chamber 21 again in full or for Part withdrawn and again purely as a function of time, determined by the throttle 25, to the Actuator 15 passed.

Das erfindungsgemäße Relais hat sich in der Praxis bestens bewährt, da nunmehr auch ein einfacher Proportionalregler für schwierige Regelaufgaben eingesetzt werden kann, wobei der ProportionalbereichThe relay according to the invention has proven itself in practice, since it is now also a simple one Proportional controller can be used for difficult control tasks, with the proportional band

des Kraftstoffverstärkers selbst verhältnismäßig klein gewählt werden kann.the fuel booster itself can be chosen to be relatively small.

Claims

PATENTANSPRUCH:PATENT CLAIM:

Control relay with feedback effect for compressed air-operated controllers to regulate variables such as Temperature, pressure, quantity, characterized in that the generated in the power amplifier Pressure to generate the feedback effect via an inlet throttle (24) and a compensating throttle (25) fed to a differential pressure system (ig, 21, 22) and the differential pressure generated acts on a pressure system (9 to 11) that the control pressure according to the pressure generated in the power amplifier (5 to 7) the control element (15) indirectly this pressure adjusted accordingly and the differential pressure generated (system 19, 21, 22) the counteracts the pressure (chamber 9) generated by the force amplifier (5 to 7).

Considered publications:
Oppelt, Basic Laws of Regulation, Wolfenbüttel-Hannover, 1947, p. 25;

Feller, Instrument and Control Manual for Operating Engineers, New York and London, 1947, p. 240; Engel, Oldenbourg, indirect controllers and control systems, Berlin, 1944, p. 133.

1 sheet of drawings

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