DD128574B1 - Verfahren zur langzeitstabilisierung der temperatur in laborthermostaten - Google Patents

Description

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Аш/endungspebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Langzeitstabili— sierung der Temperatur in Laborthermostaten mit Zweipunktregelung. Da physikalische, chemische und biologische Prozesse mehr oder weniger temperaturabhängig sind, kommt der Einstellung einer genauen Temperatur eine besondere Bedeutung zu, insbesondere bei Untersuchungsverfahren und Versuchsdurchführungen in der Forschung. Eine Temperaturkon-

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stanz von 10 K über einen längeren Zeitraum ist gegenwärtig eine reale Forderung, die von kommerziellen Geräten nur unter bestimmten Arbeitsbedingungen erreicht wird.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Herkömmliche Laborthermostaten sind als einschleifige Regelkreise aufzufassen. Die Temperatur des Ausgangssignals verhält sich proportional zum Eingangssignal mit Verzögerung. Das Gesamtverhalten derartiger Regelkreise wird durch die bleibende Regelabweichung charakterisiert; diese ist störgrößenabhängig.

Störgrößen, die auf äußere Temperatureinflüsse unter normalen Arbeitsraumbedingungen zurückzuführen sind, machen

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sich bei der gewünschten Regelgenauigkeit von 10 K bereits deutlich bemerkbar.

Beseitigen läßt sich dieses Verhalten nur durch Vermaschung des proportional wirkenden Regelkreises mit einer integral wirkenden Regelstrecke, so daß ein PI-Verhalten resultiert.

Nach bisher bekannten Verfahren ist eine Vermaschung des proportional wirkenden Regelkreises durch thermische Rückführung (DDR PS 75 811) oder durch Störgrößenaufschaltung (DDR PS 117 124 und BRD OS 2 24-7 39A-) vorgesehen.

Durch thermische Rückführung kann das proportionale Verhalten verbessert werden. Ein integraler Anteil ist bei solchen Vermaschungen nicht vorhanden, und damit bleibt der Regelkreis störgrößenabhängig.

Eine Störgrößenaufschaltung ist möglich, setzt aber voraus, daß das Wärraeübergangsverhalten der Störgrößen bekannt ist, und daß ein deutlicher Unterschied zwischen der Umgebungstemperatur und der Temperatur des Thermostatenbades besteht. Durch diese Faktoren wird der variable Einsatz solcher Regeleinrichtungen eingeschränkt.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Langzeitstabilisierung der Temperatur in Laborthermostaten zu entwickeln, nachdem das proportionale Regelverhalten herkömmlicher Laborthermostaten durch Vermaschung in einer solchen Weise verändert wird, daß schwankende Störeinflüsse weitgehend eliminiert werden,

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aus der Zielstellung ergibt sich die Aufgäbe, die Einzelheiten eines derartigen Verfahrens aufzuzeigen, mit dem eine Temperaturstabilisierung von ί 10 " K über einen unbegrenzten Zeitraum erreicht wird.

Each dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Langzeitstabilisierung der Temperatur in Laborthermostaten mit Zweipunktregelung unter Zuhilfenahme mindestens eines zweiten Temperatur-

fühlers und einer zusätzlichen Regelstrecke zur Erzeugung eines proportional-integralen Regelverhaltens wird so vorgegangen, daß eine vom zweiten Temperaturfühler erzeugte diskrete Hilfsregelgröße einem Entscheidungsglied zugeführt wird, welches den Schaltrhytmus der Heizung entsprechend der bleibenden Regelabweichung verändert, wobei die Hilfsregelgröße beim Abweichen der Temperatur von einer Hilfsführungsgröße durch volles Ein- bzw. Ausschalten der Heizung integral eingreift.

Mehr ins einzelne gehend besteht das Verfahren darin, daß ein von zusätzlichen Temperaturfühlern innerhalb des Thermostatenbehälters ausgehendes Signal verstärkt und mittels eines Wandlers den Signalen der vorgegebenen Hilfsführungsgrößen angepaßt 'wird, und die Signale, χ - w und Хц- - w^, wobei χ die Regelgröße der gegebenen Temperaturfühler, w die Führungsgröße der Hauptregelstrecke, Xrj die Regelgröße des zusätzlichen Temperaturfühlers und Wj, die Führungsgröße der Hilfsregelstrecke bedeuten, einem Sntscheidungsglied zugeführt werden, durch das die Funktion des gegebenen Temperaturfühlers erlischt, wenn die Temperatur außerhalb des Temperaturbereiches um den Sollwert liegt, der durch die Hilfsführungsgrößen vorgegeben wird.

Dem Verfahren liegt folgendes Prinzip zu Grunde: Fig. 1 zeigt den Temperatur-Zeit-Verlauf bei einem Laborthermostaten. Die Kurven A und B zeigen den Aufheiz- bzw. den Abkühlungsvorgang eines üblichen Thermostaten bei abgeschalteter Regeleinrichtung. Sie zeigen im ersten Teil überwiegend integrales, d. h. !-Verhalten und bei Annäherung an die Grenzen des Proportionalbereiches X überwiegend proportionales, d. h. P-Verhalten.

Wird, wie aus der Fig. 1 ersichtlich ist, eine Verfahrensweise angewandt, nach'der ein Sollwert x_ innerhalb des Propcrtionalbereiches vorgegeben wird, dann nähern sich die Aufheiz- und Abkühlungskurven diesem Sollwert entsprechend den Kurven C und D.

Das integrale Verhalten wird zurückgedrängt. In einem breiten Bereich um den Sollwert herrscht proportionales Verhalten vor. Jede Abweichung wird proportional und damit störgrößenabhängig ausgeregelt.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden die Bedingungen und Voraussetzungen getroffen, daß die Aufheiz- und Abkühlungsvorgänge den Kurven A und B bis zum Proportionalbereich folgen und dann nach einem Knick entlang der Sollwertgeraden verlaufen. Damit reicht das integrale Verhalten bis an den Sollwert heran. Am Sollwert wird proportional geregelt, und jede Abweichung wird integral ausgeglichen. Manerhält das gewünschte proportional-integrale Verhalten für den gesamten Regelkreis.

In der Praxis muß ein Sollwertbereich vorgegeben werden, um einen wirksamen P-Anteil zu erhalten. Die Größe des Sollwertbereiches richtet sich nach der geforderten Regelgenauigkeit. Den beschriebenen Regelverlauf erhält man, wenn das Entscheidungsglied folgende Funktionen übernimmt:

1. befindet sich die Temperatur innerhalb des Sollwertbereiches, dann regelt der Thermostat ohne Vermaschung proportional;

2. driftet die Temperatur aus dem Sollwertbereich heraus, dann wird die Heizung je nach Richtung der Drift ein- bzw. ausgeschaltet.

Durch das unstetige Kurzzeitverhalten von Laborthermostaten erfolgt ein statistisch verteilter L-Eingriff in den Schaltrhytmus bereits bei Annäherung an die Sollwertbereichsgrenze.

Aujs£ührungsbe i spi e_l

Zum besseren Verständnis wird die Arbeitsweise nach dem erfindungsgemäßen Verfahren an Hand der Fig. 2 erläutert. Als Grisndgerät dient ein Laborthermostat 1 mit Zweipunktregelung, Die Heizleistung kann in vier Stufen variiert werden, der Stelltrafo 2 erlaubt eine kontinuierliche Änderung der Heiz-

leistung in allen Stufen. Ein zweiter Laborthermostat 3 oder Ъеі Arbeiten in der Nähe der Umgebungstemperatur, ein Kühlthermostat, sorgt für eine konstante Vorkühlung. In einem Teil der Regelstrecke (Thermostatenbad) wird der Temperaturgang über einen Thermistor-Brückenverstärker 4 erfaßt und einem Schreiber 5 zugeführt. Die Schreiberauslenkung ist die Hilfsregelgröße Хтт. Markierungen der Schreiberskala begrenzen den erlaubten Sollwertbereich. Sie werden mechanisch oder photoelektrisch abgetastet und bilden die Hilfsführungsgröße w^. Die diskreten Signale des Kontakt-Thermometers (x - w) und der Schreiberskalenmarkierungen (Xu - 3%) werden einem Sntscheidungsglied 6 zugeführt. Hier erfolgt die Entscheidung über den Heizrhytmus.

Claims (2)

Erfindungsanspruch

1. Schaltungsanordnung zur Langzeitstabilisierung der Temperatur in Laborthermostaten unter Anwendung eines Temperaturfühlers, einer Heizung und eines Schaltgliedes als Hauptregelkreis und mindestens einer zusätzlichen HilfsregeIstrecke zur Erzeugung eines proportional-integralen Regelverhaltens, gekennzeichnet durch je einen Temperaturfühler, einen Brückenverstärker, einen Sollwertbereichεbegrenzer sowie ein Entscheidungsgiied, durch das die Funktion des Hauptregelkreises erlischt, wenn die Temperatur die vom Sollwertbereichsbegrenzer vorgegebenen Grenzwerte überschreitet.

2· Schaltungsanordnung nach Punkt 1, gekennzeichnet durch einen Meßwertschreiber mit markierter Skala als Sollwertbereichsbegrenzer·

Hierzu 1 Seile Zeichnungen