REFERENCE VALUE GENERATOR FOR AN ANALOGICAL REGULATION SYSTEM

Abstract: 1. Desired value transmitter of an analog control system for the speed of a rotation viscometer, having a reference function generator (20) with an output line and a supply line (11) for an electrical level, with which an initial value of a generated reference function can be predetermined, and a further supply line (51) for control signals, having means (10) for producing the electrical level, and having means (50) for producing the control signals, characterized by the combination of the following features : - a gate circuit (30) with a supply line (21) for the electrical signal from the reference function generator (20) via its output line, and at least one further supply line (52) for control signals from the means (50) for producing these control signals, a holding circuit (40), connected to the output of the gate circuit, and with at least one output line (41) for a generated desired value ; - the reference function generator (20) repeatedly produces a reference function at a frequency determined by the control signals ; - the electrical level and the change rate of the reference function are determined by one of two electrical resistors (R1 , R2 ) in each case ; - these two resistors (R1 , R2 ) are arranged in a module in the device which is easily exchangeable.

Description: Getakteter Sollwertqeber zu rheoloqischer Messeinrichtung Die Erfindung liegt im Gebiet der rheologischen Messtechnik und betrifft einen getakteten Sollwertgeber zu einer rheometrischen Messeinrichtung, insbesondere zu einem Rotationsviskosimeter. Die zentrale Aufgabe in der Viskosimetrie ist das Messen des Fliessverhaltens fliessfähiger Stoffe und das Festhalten der durch die Messung erzielten Information in Form von charakterisierenden Fliesskurven. Die durch die Messung gewonnene Tabelle von Stützstellen und Stützwerten, üblicherweise Schubspannung t in Abhängigkeit eines geeigneten mittleren Geschwindigkeitsgefälle D, wird, mitunter auch automatisch, zu einer Fliesskurve, also einer das Fliessverhalten charakterisierenden Darstellung D = f( T ) verarbeitet. Zwischen den Stützpunkten wird nach Auftragen der Messresultate wie üblich interpoliert. Diese Interpolation stellt eine mehr oder minder zulässige Mittelung der Funktion zwischen zwei Stützpunkten dar; liegen diese beispielsweise weit auseinander und werden Sie beispielsweise einfach durch eine Gerade verbunden, so kann durch solche Massnahmen der Verlauf der konstruierten Fliesskurve.sehr verfälscht dargestellt werden. Um eine aussagekräftige Charakterisierung des Fliessverhaltens zu erhalten, ist die Wahl der Stützstellen und damit die der Messpunkte entscheidend. So werden Messpunkte an gewissen Stellen dichter gelegt, ort wo beispielsweise die Funktion steil verläuft oder wo interessierende Unstetigkeiten auszumessen sind, dagegen in anderen Regionen derselben Funktion in grösseren Abständen angeordnet. Vielfach trägt man Fliesskurven doppelt-logarithmisch auf, damit man einen genügend grossen Messbereich unterbringen kannw In der Darstellung iog(D) über log(t)erscheinen die Newtonschen Bereiche als Geraden mit 450-Neigung, der strukturviskose Teil zeigt einen sigmatoiden Verlauf mit einem Wendepunkt. Aus dieser Darstellungsform leitet man weitere charakteristische Werte ab, wie Steigung und differentielle Viskosität. Häufige Praxis ist, die Stützstellen und damit auch die Messpunkte in Abständen einer geometrischen Folge zu wählen, diese lässt sich beispielsweise geräts der nachfolgend offenbarten Erfindung durch äquidistante Abtastung einer exponentiell abfallenden Funktion gewinnen, so wie auch eine lineare Verteilung der Messpunkte an einer linear verlaufenden Funktion abgetastet werden kann. Diese funktionsabhAngige Drehzahlabstufung wird üblicherweise mit mechanischen Stufengetrieben oder elektrisch mit Widerstandsdekaden realisiert. Meistens befindet sich an einem Gerät der Messanlage ein Drehknopf oder eine Tastenreihe mit einer Anzahl schaltbarer Stufen. die man oräuf man während einer Messung einzeln durchschaltet,) bei jeder Stufe den Messwert von einer Anzeige abliest. Auf diese Weise entsteht eine Tabelle von Wertepaaren, die zu einer Fliesskurve weiterverarbeitet wird. Ein solches Getriebe oder eine solche Dekade entspricht normalerweise nur einer einzigen Drehzahlkennlinie. Um aber eine weite Viskositätsspanne vermessen zu können, auch um in ganz bestimmten Drehzahlbereichen messen zu können, müsste ein grösseres Angebot von yerschiedenen, den Messproblemen angepassten charakteristischen Drehzahlkennlinien ver fAgbar sein und um dies zu realisieren, müsste das Angebot von Stufengetrieben oder Widerstandsdekaden, die zu der gewUnschten Drehzahlkennlinienschar zusammenwirken, ebenfalls recht gross sein. Dies bedeutet jedoch einen nicht unerheblichen apparativen und damit materiellen Aufwand. Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, mit wesentlich geringerem apparativem Aufwand und damit auch kostengünstig eine grosse Auswahl von funktionsabhängigen oder charakteristischen Drehzahlkennlinien zu erzeugen, die zusammen einen weiten Drehzahlbereich abdecken und zudem die Erzeugung der Drehzahlkennlinien derart zu steuern, dass beinahe jede Drehzahl im abgedeckten Kennlinienfeld realisiert werden kann. Die Aufgabe wird durch die in den pgtentansprüchen auf gefQhxten Merkmale gelöst, Die Beschreibung der Erfindung erfolgt nun, unter Zuhilfenahme von Zeichnungen, an einem Beispiel, wie Sollwerte für Drehzahlkennlinien erzeugt werden, deren Drehzahlen auf der Kennlinie nach einer geometrischen Folge abgestuft sind. Fig, 1 a) zeigt ein Funktionsblockschaltbild des Soll wertgebers und Fi3, 1 b) eine mögliche Ausführungsform des Sollwert gebers± Fig, 1 c) zeigt eine für das Beispiel gewählter exponentiell abfallende Referenzspannung. Fig. 2 a),b > zeigen Drehzahlkennlinienscharen, herge stellt mit Hilfe von Sollwerten der in Fig. Ib) angegebenen Ausführungsform des Sollwert gebexs, Fig. 3 zeigt ein Beispiel für die Berechnung der Dreh zahltabellen aus denen die Kennlinien gewonnen werden und Fig. 4 a),b) zeigen ein Beispiel für die Steuerung der Schalter im Sollwertgeber der Ausführungsform nach Fig. Ib). Der Motor des Viskosimeters, sowie der für den Antrieb nötige Regelkreis werden als erfindungsunwesentlich nicht dargestellt. In Fig. la) ist der Sollwertgeber in einer Zusammenschaltung von an und für sich bekannten Funktionsblöcken dargestellt. An einer variablen elektrischen Quelle 10, dies kann eine Strom- oder Spannungsquelle sein, wird der benötigte Pegel für EMI4.1 <tb> einen <tb> Referenzfunktionsgenerator 20 eingestellt. Dieser Referenzfunktionsgenerator erzeugt repetitiv den gewünschten Funktionsverlauf, in unserem Beispiel exponentielle SpannungsabfSlle von gewAnschter Anfangsamplitude und gewünschter Zeitkonstante, wobei die Repetitionsfrequenz verhältnismAssig kurz sein kann, beispielsweise 10-30 ms. Eine Abtastschaltung 30 verbindet in festen Taktfolgen kurzzeitig einen Haltekreis 40 mit dem Referenzspannungsgenerator 20. Der Ausgang des Haltekreises liefert eine Gleichspannung von der Höhe der gewünschten Referenzspannung. Aequivalent dazu kann die Pegeleinstellung statt zu Beginn in der Quelle 10, auch am Ende, also im Haltekreis 40 vorgenommen werden, sodass die GleichSpannung von der Höhe der gewünschten Referenz spannung von. einem: faktisch. verlegten: SPanrrnngs teiler geliefert wird. Die Initialspannung oder der Initialstrom der abgetasteten Funktion wird durch die variable elektrische Quelle 10, die Zeitkonstante der Funktion wird im Referenzfunktionsgenerator 20 und die Abtaststelle an der Referenzfunktion wird mit dem Schalter 30, jeweils unabhängig voneinander frei gewählt. Eine Steuerung 50 synchronisiert und steuert die Schaltvr- gänge. Fig. lb) zeigt das Beispiel einer Ausführungsform des Sollwertgebers. In der elektrischen Quelle, in diesem Fall als Spannungsquelle ausgebildet, wird die Initialspannung UR1 mittels Spannungsteilung der Spannung U an einem Widerstandspaar Ro/Rl erzeugt. Ein Schalter vorzugsweise ein steuerbarer Widerstand (FET), verbindet die Quelle mit einem Kondensator C, der sich dabei auf die Teilspannung U1 auf lädt; währenddessen bleibt ein Schalter S2, ebenfalls ein FET, offen. Nach dem Erreichen des Potentials U wird S. geöffnet und Sn geschlossen. 1 , Die Entladung des Kondensators C EMI5.1 <tb> einen <SEP> Widerstand <tb> <SEP> er <SEP> 2 <SEP> wird <tb> damit eingeleitet. Ein in der Schaltung folgender l:l-VerstärkerA soll den beschriebenen geschalteten Tiefpass belastungsunabhangig machen. Durch das alternierende Betätigen der Schalter S1 und S2 wird der KondensatorSrepetitiv aufge- laden und entladen. Prinzipiell könnten sowohl die Lade- wie auch die Entlade Funktion verwendet werden. Im vorliegenden Beispiel wurde, um eine oft benützte Folge von Drehzahlen, nämlich die geometrische, zu erhalten, willkürlich die Entladekurve bevorzugt und diese mit HilfeeinesSchalters S3, ebenfalls ein Feldeffekttransistor, mit kurzen Schliesszeiten zeitlich äquidistant abgetastet. Ein nachgeschalteter HaltekreisRkonserviert während nützlicher Frist den abgetasteten Spannungspegel, sodass am Ausgang des Haltekreises die Referenzspannung mit dem Spannungswert der an vorgewählter Stelle abgetasteten Referenzfunktion zur Verfügung steht. In Fig. lc) erkennt man die Darstellung einer exponentiell abfallenden Funktion mit äquidistant eingezeichneten Impulsen, wie sie am Ausgang des Abtastschalters 30 zu erwarten wären. Jeder dieser ungefähr 100 As dauernden von etia 1-2 ms Pulse schliesst an eine Taktzeit T)an, wobei-die Pulse sinnvollerweise nicht simultan erzeugt werden. Dies wäre allerdings möglich, wenn nach dem Funktionsgenerator 20 an der Verzweigungsstelle xK in Fig. la) die Funktion gleichzeitig mit k Schaltern S3 abgegriffen und die Spannungswerte über k Haltekreise bereitgestellt würden: mit diesem Vorgehen könnte eine Drehzahlkennlinie, wie in Fig. 2a) oder b) dargestellt, direkt erzeugt werden. Während einer Viskositätsmessung jedoch werden die Drehzahlen einer Kennlinie nicht simultan, sondern einzeln und nacheinander verwendet, sodass eine Verzweigung zur simultanen Bereitstellung der Drehzahlen für viskosimetrische Messungen die Apparatur unnötig verteuern würde. In der vorlieqenden Funktion von Fiq. lc) ist beisPielsweise tzUB zeitpunkt 5T ¯ - - die Spannung) = 5 Taktzeiten nach der Initialisierung der Funktion als Referenzspannung zur Drehzahlerzeugung und -Regelung hervorgehoben. Auf Fig. lb) bezogen erhält - - man eine) exp(-ST/R2C) die man sinnvollerweise "ner Drehzahlstufek, 5 zuordnen könnte; sie wird repetitiv alle 10-30 ms neu erzeugt. Damit werden an die Stabilität des Haltekreises H keine hohen Anforderungen gestellt. Der Haltekreisskann entsprechend kostengünstig ausgelegt werden. Die nun frei ausgewählte Drehzahlstufe 5 liefert unter folgenden Bedingungen verschiedene Drehzahlen: wenn R1 verändert wird, wenn R2 verändert wird oder wenn R und R2 zusammen verändert werden. Betrachtet man die ganze Drehzahlkennlinie mit den Stufen 1 ..... k, so bewirkt eine Aenderung von R1 eine parallele Verschiebung der Kennlinie und eine Veränderung von R2 eine Aenderung der Steilheit der Kennlinie. Daraus folgt: mit der Aenderung von nur einem Widerstand kann eine andere Kennlinie erzeugt werden, und dies ist eine wesentliche Herabsetzung des in der Rheometrie üblichen Aufwandes zur Erzeugung von Kennlinien. Zudem: durch das Bereitstellen eines Satzes von austauschbaren Widerstandspaaren lassen sich leicht auswechselbare und äusserst kostengünstige Kennlinien Moduln schaffen. Und im weiteren: durch einen auf die rheologischen Anforderungen abgestimmten Satz von Moduln lassen sich in einem beliebig weiten Drehzahlbereich praktisch alle gewünschten Drehzahlen mit nicht grösserem Aufwand,als wie es zum Beispiel die Betätigung eines Schalters erfordern wurde, einstellen. Damit stellt die beschriebene VorrichtunR eine beträchtliche Abweichung gegenüber den Methoden und den Geräten der in der Viskosimetrie üblichen Instrumente zur Drehzahlerzeugung dar. In Fig, 2a), b) sind zwei Typen von Drehzahlkennlinien- scharen abgebildet. Die Drehzahlen sind in 15 Stufen eingeteilt, es kann aber auch eine niedrigere oder höhere Stufenzahl gewählt werden. Fig. 2a) zeigt eine Kennlinienschar, deren sieben Kennlinien durch sieben verschiedene - . -- - - - -. - - flrf7 - . - Zeitonstantenwiderstande R nit v=) gebildet weraen; - - - - - - - . .- tmit x=7 der Widerstand R1 im Spannungsteiler bleibt mit x = 7 l'x Neben der Ordinate sind symbolisch die den Drehzahlkennlinien zugehörigen Moduln angegeben, wobei die obere x bzw. y bzw. ZiffertR und die untere Ziffer(R kennzeichnet. Die Zahlen für x und y stammen aus den nachfolgend noch zu erklärenden Berechnungstabellen; in diesen werden die grenzt den Drehzahlbereich nach oben ab und wurde beissiels-) (weise als physikalische Randbedingung gesetzt, die anderen Grössen beispielsweise a,haben normierenden Charakter: in diesem Beispiel EMI8.1 <tb> <SEP> = <SEP> 10,71 <SEP> k# <SEP> <tb> ist <SEP> a <SEP> ie <SEP> Anpassung <tb> des Haltekreises an die nachfolgende Regelschaltung. Die Grössen müssen entsprechend den jeweiligen Anforderungen variiert werden. Die Widerstandswerte der beiden Widerstandstabellen wurden anhand rheologischer Kriterien ausgewählt und es ist nicht erforderlich, diese Werte einzuhalten, wenn es die rheologischen Umstände anders erfordern. Die verwendeten Widerstände stammen aus der E192-Reihe und sind konfektioniert im Handel erhältlich. Dies ist zudem ein Vorteil, da für die Herstellung der üblichen Widerstandsdekaden meist spezielle Widerstandswerte und damit speziell angefertigte erheblich teurere Widerstände benötigt werden. errechneten Widerstände in einer Tabelle geordnet von 1 aufwärts durchnumeriert, diese Zahlen x und y haben also nur bezeichnenden oder etikettierenden Charakter. Fig. 2b) zeigt eine Kennlinienschar, deren sechs Kennlinien durch sechs verschiedene Spannungsteilerwiderstände R1,2 bis R1,7 gebildet sind, wobei der Zeitkonstantenwiderstand R2,3 unverändert bleibt. Wiederum sind seitlich der Ordinate die zugehörigen Moduln angegeben. Die Berechnung der Drehzahltabellen aus den Widerstandswerten für R1 und R2 ist in Fig. 3 gezeigt. Die Drehzahl nk beispielsweise einer von beispielsweise Stufen k errechnet sich aus Beziehung15 Stuten K errechnet sich aus der Beziehung 10 KR (k-k ) a nu = N.10 R2,y max mit N = nmax a + Rl,x wobei n die Drehzahl bei kmax bedeutet und in diesem Beispiel k = 15 ist. Die angegebene Drehzahl n = 780 max max Die nachfolgende Tabelle ist äquivalent einer Dreh zahlkennlinie,9 zeigt die Drehzahlen der Stufen k=l bis 15 bei Verwendung eines Moduls R1 6=10kn ; R2,3-150k# und der im vorangehenden sowie in Fig, 3 angegebenen Werte von nmax, a, kmax. k nk 15 403,4 14 346,0 13 296,8 12 254,6 140 k# 11 218,3 F = N = 10150 k# 10 187,3 1 = 8,5769.... 9 160,6 8 137,8 7 118,2 6 101,3 5 86,9 4 74,6 3 63,9 2 54,8 1 47,0 Fig. 4a) ,b) zeigen ein Beispiel für die Steuerung 50 der FET-Schalter S1 r S2 r S3 im Sollwertgeber nach Fig. lb). In Fig. 4b) sind die zeitlichen Zusammenhänge der Pulsfolgen angegeben: auf t sind die Taktimpulse T, auf t1 die Ladeimpulse und auf t2 die k.T dauernden Entladephasen, sowie auf t3 die Probeentnahme eingezeichnet. Auf das Blockdiagramm in Fig. 4a) bezogen, werden die gewünschten Samplingpulse folgendermassen erzeugt: Ein Zähler Z zählt,von von t getaktet,periodisch die (kmax +1) 1 0 max Stufen vonk=Obis kmax durch, im Beispiel von 0 bis 15: die Zeit der Stufe 0 wird zum Laden des Kondensators C benützt die Stufen 1 bis 15 dienen zum Abtasten der Referenzfunktion. Ein zweiter Zähler Z2 kann fest auf eine der Stufen,eingestellt werden. Während der erste n'ax Zähler Z1 zeitabhängig auf irgendeinem k steht, verharrt der zweite Zähler Z2 auf k.. Bei Aequivalenz, also ki=k ,gibt das AequivalenzgatterreÕnSn Puls ab und dieser entspricht zeitmässig auf der Zeitachse der abzutastenden Funktion einem der ST, beispielsweise 5T. In einem Logiknetzwerk 57 werden die Zeitfunktionen tl , t2 aufbereitet und mit t3 synchronisiert. Die am Ausgang des Haltekreises 40 erscheinende Referenzspannung kann je nach Dimensionierung derselben einen Ripple mit der Periodizität .T aufweisen. Dieser lässt sich durch entsprechende Auslegung bzw, Dimensionierung des Haltekreises derart minimieren, dass er sich überhaupt nicht störend auswirkt. Im weiteren ist die aus k. T grossen Teilstücken zusammengesetzte Gleichspannung von einem möglichen Jitter der repetierten Referenzfunktion abhängig. Die mit Hilfe des beschriebenen Sollwertgebers durchgeführten Viskositätsmessungen ergaben, dass solche wie oben angegebenen möglichen Abweichungen oder Störungen der Referenzspannung die Messungen nicht spürbar beeinflussten.

Claims: Patentansprüche: 1. Getakteter Sollwertgeber eines Drehzahlregelungs Systems einer rheologischen Messanordnung, insbesondere eines Rotationsviskosimeters, gekennzeichnet durch die Zusammenschaltung eines ReferenzAunktionsgenerators (20) mit mindestens einer Ausgangsleitung sowie mit einer Zuführung (11) fur einen elektrischen Pegel aus Mitteln (10) zur Erzeugung dieses elektrischen Pegels und mit mindestens einer weiteren Zuführung (51) für Steuersignale aus Mitteln (50) zur Erzeugung dieser Steuersignale, einer Abtastvorrichtung (30) mit einer Zuführung (21) für das elektrische Signal aus dem Referenzfunktionsgenerator (20) und mit mindestens einer weiteren Zuführung (52) für Steuersignale aus Mitteln (50) zur Erzeugung dieser Steuersignale, eines Haltekreises (40) mit einer zuführung (31) aus der Ab tastvorrichtung (30) und mindestens einer Ausgangs leitung (41) für die erzeugte Referenzspannung. 2. Sollwertgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im getakteten Referenzfunktionsgenerator (20) ein RC-Glied in Tiefpassanordnung über je einen als Schal ter wirkenden, steuerbaren Widerstand mit einer elektrischen Quelle und einer elektrischen Senke ver bunden ist und dass die Abtastvorrichtung (30) durch einen als Schalter wirkenden, steuerbaren Widerstand gebildet ist 3. Sollwertgeber nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Quelle (10) als variierbare Spannungsquelle ausgelegt ist. 4. Sollwertgeber nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltekreis (40) am Ausgang einen variierbaren Spannungsteiler aufweist. 5. Sollwertgeber nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Quelle (10) als Konstantstrom quelle ausgelegt ist. 6. Sollwertgeber nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Quelle (10) als Konstantspannungs quelle ausgelegt ist.

Inventors: KESSLER, GUIDO, EL. ING. HTL
Applicants: CONTRAVES AG
Application year: 1980
Main classification: G01N11
IPC codes: G01N11