DE69009412T2

DE69009412T2 - Einrichtung zur Temperaturregelung.

Info

Publication number: DE69009412T2
Application number: DE69009412T
Authority: DE
Inventors: Mitsuroh C O Chichibu Hayashi; Syousuke C O Chichibu Ishiwata; Hideaki C O Chichibu Ce Oshima; Osamu Suzuki
Original assignee: Chichibu Cement Co Ltd
Current assignee: A&D Holon Holdings Co Ltd
Priority date: 1989-11-17
Filing date: 1990-03-30
Publication date: 1994-09-29
Anticipated expiration: 2010-03-31
Also published as: US4993480A; DE432864T1; EP0432864B1; CA2025946A1; EP0432864A2; DE69009412D1; EP0432864A3; KR910020535A; CA2025946C; KR920006976B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Temperaturregeleinrichtung für einen Thermostaten und insbesondere jedoch nicht ausschließlich auf Temperaturregelmittel, durch die bei Messung der Viskosität einer in ein Bad des Thermostaten getauchten Strömungsmittelprobe die Temperaturen des Bades und der Strömungsmittelprobe in einem weiten Temperaturbereich wirksam geregelt werden.
Bei Messung der Viskosität einer Strömungsmittelprobe wird die Temperatur der Strömungsmittelprobe generell unter Verwendung eines Thermostaten geregelt. Wasser, Öl oder ähnliches werden als Flüssigkeit zum Erwärmen und Kühlen der Strömungsmittelprobe verwendet, wobei die Temperatur der Strömungsmittelprobe indirekt durch Regulierung der Temperatur der Flüssigkeit geregelt wird. Daher ist zur Einstellung der Strömungsmittelprobentemperatur auf einen gewünschten Sollwert eine Menge Zeit erforderlich. Wird die Viskosität der Strömungsmittelprobe sequentiell über einen weiten Temperaturbereich gemessen, so kann es weiterhin schwierig sein, die tatsächliche Temperatur der Probe, die sich nach der Änderung des Sollwertes der Strömungsmittelprobentemperatur zeitlich ändert, zu schätzen.
Wie beispielsweise in Kawata, Michio; Viscosity, revidierte Ausgabe; Corona Publishing Co., Ltd., Japan; 1983; Seite 41 beschrieben, wird das Viskosimeter in einem Kapillarviskosimeter in ein Flüssigkeitsbad eines Thermostaten getaucht und die Temperatur des Flüssigkeitsbades als Temperatur einer Strömungsmittelprobe im Viskosimeter angesehen. Da jedoch zusätzlich zu der Tatsache, daß sich die Wärmeleitfähigkeit der Probe mit der Art der Probe ändert, die Temperatur der Probe nicht direkt gemessen werden kann, bedarf es einer langen Zeit, um einen Zusammenhang zwischen Viskosität und Temperatur der Probe richtig zu bestimmen.
Wie weiterhin auf den Seiten 109 und 110 des vorgenannten technischen Buches beschrieben, ist in einem Rotationsviskosimeter ein Probenbehälter von einem Wasserkühlmantel umgeben, wobei zur Regelung der Temperatur der Probe Wasser gesteuert zwischen dem Kühlmantel und einem Wasserbad eines außerhalb des Kühlmantels installierten Thermostaten zirkuliert. In diesem Fall erfolgt die Temperaturregelung in Bezug auf das Wasser im Thermostaten ohne Rückkopplung der Temperatur der Probe zu dem die Temperatur regelnden Thermostaten. Es ist daher nicht einfach, die Probentemperatur auf einen gewünschten Sollwert einzustellen.
Die Erfinder haben früher ein neues Stimmgabel-Vibrationsviskosimeter erfunden und in der JP-A-107236/1984 sowie der am 8. März 1988 herausgekommenen US-A-4,729,237 beschrieben. Speziell angeregt durch einen Wunsch zur genauen schnellen Regelung der Temperatur einer Strömungsmittelprobe, deren Viskosität gemessen werden soll, unter Verwendung eines derartigen neuen Viskosimeters haben die Erfinder die vorliegende Erfindung realisiert.
Gemäß vorliegender Erfindung kann die Temperatur einer Strömungsmittelprobe wirksam und schnell auf jeden gewünschten Sollwert in einem weiten Temperaturbereich eingestellt werden.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist eine Temperaturregeleinrichtung zur Regelung der Temperatur einer Strömungsmittelprobe in einem Flüssigkeitsbad vorgesehen, umfassend erste Mittel zur Messung der Temperatur einer Strömungsmittelprobe in einem Flüssigkeitsbad;
zweite Mittel zur Bestimmung der Differenz zwischen einer gewünschten Probentemperatur und der gemessenen Probentemperatur;
dritte Mittel zur Bestimmung einer gewünschten Badtemperatur in Abhängigkeit von einer Funktion der durch die zweiten Mittel bestimmten Differenz;
vierte Mittel zur Bestimmung der Differenz zwischen der gewünschten Badtemperatur und der gewünschten Probentemperatur;
fünfte Mittel zur Messung der tatsächlichen Badtemperatur;
sechste Mittel zur Bestimmung der Differenz zwischen der durch die dritten Mittel bestimmten gewünschten Badtemperatur und der durch die fünften Mittel gemessenen tatsächlichen Badtemperatur; und
siebte Mittel zur Erwärmung oder Abkühlung des Flüssigkeitsbades als Funktion der durch die sechsten Mittel bestimmten Differenz zwecks Realisierung einer Differenz von Null, die dadurch gekennzeichnet ist, daß
die dritten Mittel selektive Mittel zur selektiven Bestimmung der gewünschten Badtemperatur gemäß einer ersten Funktion der durch die zweiten Mittel bestimmten Differenz, wenn der Absolutwert der durch die zweiten Mittel bestimmten Differenz größer als ein vorgegebener Wert ist, sowie gemäß einer zweiten Funktion der durch die zweiten Mittel bestimmten Differenz, wenn der Absolutwert, der durch die zweiten Mittel bestimmten Differenz nicht größer als der vorgegebene Wert ist, enthalten;
die Temperaturregeleinrichtung weiterhin Begrenzermittel zur Begrenzung der durch die selektiven Mittel bestimmten gewünschten Badtemperatur auf die gewünschte Probentemperatur plus einem vorgegebenen Wert, wenn die durch die vierten Mittel bestimmte Differenz größer als der vorgegebene Wert ist, sowie auf die gewünschte Probentemperatur minus dem gegebenen Wert, wenn die durch die vierten Mittel bestimmte Differenz kleiner als das Negative des gegebenen Wertes ist, umfaßt; und
die sechsten Mittel Mittel zur Bestimmung der Differenz der durch die selektiven Mittel bestimmten gewünschten Badtemperatur und der durch die fünften Mittel gemessenen tatsächlichen Badtemperatur enthalten.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Regelung der Temperatur einer Strömungsmittelprobe in einem Flüssigkeitsbad umfassend die Schritte
(1) Messung der Temperatur einer Strömungsmittelprobe in einem Flüssigkeitsbad;
(2) Bestimmung der Differenz zwischen einer gewünschten Probentemperatur und der gemessenen Probentemperatur;
(3) Bestimmung einer gewünschten Badtemperatur in Abhängigkeit von einer Funktion der im Schritt (2) bestimmten Differenz;
(4) Bestimmung der Differenz zwischen der gewünschten Badtemperatur und der gewünschten Probentemperatur;
(5) Messung der tatsächlichen Badtemperatur;
(6) Bestimmung der Differenz zwischen der im Schritt (3) bestimmten gewünschten Badtemperatur und der im Schritt (5) gemessenen tatsächlichen Badtemperatur; und
(7) Erwärmung oder Abkühlung des Flüssigkeitsbades als Funktion der im Schritt (B) bestimmten Differenz zwecks Realisierung einer Differenz von Null, das dadurch gekennzeichnet ist, daß
der Schritt (3) einen selektiven Schritt zur selektiven Bestimmung der gewünschten Badtemperatur gemäß einer ersten Funktion der im Schritt (2) bestimmten Differenz, wenn der Absolutwert der im Schritt (2) bestimmten Differenz größer als ein vorgegebener Wert ist, sowie gemäß einer zweiten Funktion der im Schritt (2) bestimmten Differenz, wenn der Absolutwert, der im Schritt (2) bestimmten Differenz nicht größer als der vorgegebene Wert, enthält.
das Temperaturregelverfahren weiterhin einen Schritt der Begrenzung der im Schritt (c) bestimmten gewünschten Badtemperatur auf die gewünschte Probentemperatur plus einem gegebenen Wert, wenn die im Schritt (4) bestimmte Differenz größer als der vorgegebene Wert ist, sowie auf die gewünschte Probentemperatur minus dem gegebenen Wert, wenn die im Schritt (4) bestimmte Differenz kleiner als das Negative des gegebenen Wertes ist, umfaßt; und
der Schritt (6) einen Schritt der Bestimmung der Differenz zwischen der im selektiven Schritt und im Begrenzerschritt bestimmten gewünschten Badtemperatur und der im Schritt (5) gemessenen tatsächlichen Badtemperatur enthält.
In ihren bevorzugten Ausführungsformen umfaßt die vorliegende Temperaturregeleinrichtung ein Kaskadenregelsystem. Das System enhält einen ersten und zweiten Regler, die gemäß einem Computerprogramm betrieben werden, um einen zeitlich geeigneten Sollwert (der sich zeitlich ändert) der Temperatur des Thermostaten in Abhängigkeit von der detektierten Temperatur (die sich zeitlich ändert) der Strömungsmittelprobe so zu berechnen, daß die Strömungsmittelprobe gemäß der detektierten Temperatur der Strömungsmittelprobe wirksam so erwärmt oder abgekühlt werden kann, daß die Temperatur der Strömungsmittelprobe schnell auf den gewünschten Sollwert eingestellt wird, ohne daß die Flüssigkeitsbadtemperatur relativ zur Sollwerttemperatur der Strömungsmittelprobe überschritten oder unterschritten wird. Die Sollwerttemperatur des Thermostaten wird gemäß einer Formel einer ersten und zweiten Funktionsformel festgelegt, die als Funktion der Differenz zwischen der Sollwerttemperatur, der Strömungsmittelprobe und ihrer detektierten Temperatur ausgedrückt wird. Darüber hinaus wird die Erwärmung und Abkühlung des Thermostaten gemäß einer im zweiten Regler gebildeten PID-Aktion wirksam geregelt.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun beispielhaft anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen
Fig. 1 eine Außenansicht eines Thermostaten zur Verwendung bei einer Viskositätsmessung ist, der mit einer Temperaturregeleinrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung versehen ist;
Fig. 2 ein Funktionsflußdiagramm einer Temperaturregeleinrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 3(a) ein Flußdiagramm des Programms eines bevorzugten Software-Programms für die Temperaturregeleinrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 3(b) ein Flußdiagramm eines bevorzugten Unterprogramms zur Verwendung im Programm nach Fig. 3(a) ist;
Fig. 4 ein Diagramm eines experimentellen Ergebnisses der Regelung der Temperaturen in einem Flüssigkeitsbad und in einer Strömungsmittelprobe gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 5 und 6 Diagramme zweier weiterer experimenteller Ergebnisse der Regelung der Temperaturen eines Flüssigkeitsbades und einer Strömungsmittelprobe gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind; und
Fig. 7 ein Diagramm eines experimentellen Ergebnisses der Erwärmung und Abkühlung des Flüssigkeitsbades unter Bedingungen ist, daß der Sollwert und der detektierte Wert der Temperatur der Strömungsmittelprobe in der vorliegenden Temperaturregeleinrichtung ohne Verwendung eines ersten Reglers in der vorliegenden Temperaturregeleinrichtung direkt auf einen zweiten Regler zurückgeführt werden.
Gemäß Fig. 1 wird eine Strömungsmittelprobe 3, deren Viskosität gemessen werden soll, von einem Probenbehälter 4 aufgenommen und in ein Flüssigkeitsbad 8 eines Thermostaten 1 getaucht. Ein Viskositätssensor eines Viskositätsdetektors und eine Temperatursonde eines ersten Thermometers werden in die Strömungsmittelprobe 3 eingetaucht, in welcher der Viskositätsdetektor 2 und das erste Thermometer 11 durch ein Stativ 5 gehalten werden. Die Viskosität und die Temperatur der Strömungsmittelprobe 3, welche durch den Detektor 2 bzw. das Thermometer 11 detektiert werden, werden gezählt und durch einen Recorder 7 angezeigt. Der Recorder 7 liefert ein der detektierten Temperatur der Strömungsmittelprobe 3 entsprechendes Ausgangssignal und speist dieses Signal in eine Temperaturregeleinrichtung 6 des Thermostaten 1 ein.
Gemäß Fig. 2 detektiert das erste Thermometer 11 die Temperatur der Strömungsmittelprobe 3, wobei ein am ersten Thermometer befestigter Sender 12 ein Ausgangssignal (im folgenden als erstes Ausgangssignal bezeichnet) entsprechend der detektierten Temperatur der Strömungsmittelprobe 3 liefert und das erste Eingangssignal in einen ersten Regler 13 einspeist. Als erstes Thermometer 11 wird vorzugsweise ein aus einem Platinwiderstandsdraht zusammengesetzes Widerstandsthermometer, ein Thermistor oder ein Thermoelementthermometer verwendet. Ein gewünschter Sollwert der Temperatur der Strömungsmittelprobe wird vorher durch Eingabemittel (14) in den ersten Regler 13 eingegeben. Der erste Regler 13 berechnet einen Sollwert der Temperatur des Flüssigkeitsbades 8 gemäß einer Formel einer ersten und zweiten Betriebsformel, die als Funktion der Differenz zwischen der gewünschten Sollwerttemperatur der Strömungsmittelprobe und dem detektierten Wert (der sich zeitlich ändert) der Strömungsmittelprobentemperatur ausgedrückt werden. Die erste und zweite Funktionsformel wird nachfolgend im einzelnen beschrieben. Der erste Regler 13 erzeugt ein Signal eines ersten und zweiten Regelsignals entsprechend den durch jede der beiden Betriebsschaltungen berechneten jeweiligen Bad-Sollwerttemperaturen und speist das erzeugte Regelsignal in einen zweiten Regler 17 ein. Ein zweites Thermometer 15 detektiert die Temperatur des Flüssigkeitsbades 8, wobei ein daran befestigter Sensor 16 ein Ausgangssignal (im folgenden als zweites Ausgangssignal bezeichnet) entsprechend der detektierten Temperatur des Flüssigkeitsbades 8 erzeugt und das zweite Ausgangssignal in den zweiten Regler 17 einspeist. Der zweite Regler 17 bildet ein Betätigungssignal entsprechend der Pegeldifferenz zwischen dem zweiten Ausgangssignal und dem in ihm eingegebenen Regelsignal und erzeugt ein PID-Regelsignal, auf der Basis des Betätigungssignals für eine PID- Betriebsregelung einer Heiz- und Kühleinrichtung 18 bildet. Die Heiz- und Kühleinrichtung 18 erwärmt oder kühlt das Flüssigkeitsbad 8 in Abhängigkeit vom PID-Regelsignal.
Als Ergebnis einer großen Zahl von Experimenten hat es sich als bevorzugt erwiesen, die vorgenannte erste und zweite Funktionsformel auszuführen, wenn der Absolutwert der Differenz zwischen der Sollwerttemperatur der Strömungsmittelprobe und ihrer detektierten Temperatur einen vorgegebenen Temperaturwert von beispielsweise 2º C übersteigt und wenn der Absolutwert gleich oder kleiner als der vorgegebene Wert ist. Weiterhin werden die folgenden generellen Ausdrücke (1) und (2) als erste bzw. zweite Funktionsformel verwendet:
worin Tbs die Sollwerttemperatur des Flüssigkeitsbades, Ts die gewünschte Sollwerttemperatur der Strömungsmittelprobe, τ eine Regelperiode, welche als Zeitintervall zwischen aufeinander folgenden Wiederholungen der Bestimmung der Sollwerttemperatur des Flüssigkeitsbades definiert ist, Ms(i) und Ms(j) die jeweilige detektierte Temperatur der Strömungsmittelperiode in der i-ten bzw. j-ten Wiederholung der Regelperiode nach dem Betriebsbeginn der Temperaturregeleinrichtung, Kp eine Proportionalitätskonstante und KI eine Integrationskonstante repräsentieren. Die Werte von Kp und KI werden aus den Ergebnissen von Temperaturregelexperimenten festgelegt, die unter Vorauswahl und Vorannahme eines zu verwendeten Thermostaten, eines Badmediums, eines Strömungsmittelbehälters und ähnlichem durchgeführt worden sind. Wie sich aus dem oben angegebenen Ausdruck ergibt, wird die Sollwerttemperatur des Flüssigkeitsbades mit der Änderung der detektierten Temperatur der Strömungsmittelprobe geändert.
Gemäß vorliegender Erfindung werden die Funktionen des ersten und zweiten Reglers vorzugsweise durch einen zur Durchführung dieser Funktionen programmierten Mikroprozessor ausgeübt. Das Flußdiagramm eines Programms zur Abarbeitung dieser Funktionen ist in den Fig. 3(a) und 3(b) dargestellt. Das Programm ist zur wiederholten Abarbeitung in gegebenen gleichen Zeitintervallen ausgelegt.
Gemäß Fig. 3(a) beginnt jede Iteration des Programms in einem Schritt 50 und endet in einem Schritt 60. Um jeden Schritt des Programms kurz zu beschreiben, bedeuten nachfolgend die Begriffe "Temperaturwert", "Sollwerttemperatur", "Temperaturfehler" und ähnliches die ihnen entsprechenden elektrischen Signalpegel. In einem Schritt 51 wird der gemessene Wert Tbm der Temperatur des Flüssigkeitsbades 8 vom zweiten Thermometer 15 geliefert. In einem Schritt 52 wird ein Flüssigkeitsbad-Temperaturfehler Eb(n) in der laufenden n-ten Iteration des Programms durch Subtraktion des im Schritt 51 gerade gelieferten Wertes Tbm von der Flüssigkeitsbad-Sollwerttemperatur tbs festgelegt, die in einem nachfolgend beschriebenen Schritt 80 oder 83 in der letzten (i-1)-ten Regelperiode festgelegt worden ist. In einem Schritt 53 wird unter Ausnutzung des gerade im Schritt 52 bestimmten laufenden Flüssigkeitsbad-Temperaturfehlers Eb (n) und dem in einem Schritt 54 in der vorhergehenden (n-1)-ten Iteration des Programms berechneten letzten Flüssigkeitsbad-Temperaturfehlers Eb(n-1) unter Verwendung des PID-Algorithmus eine Leistung P berechnet. Die so gewonnene Leistung P wird sodann in die Heiz- und Kühleinrichtung 18 eingegeben, deren Funktion in Abhängigkeit von der Leistung P geregelt wird. Im Schritt 54 wird der neue Wert von Eb(n-1) gleich dem Wert Eb(n) zur Verwendung in der nächsten (n+1)- ten Iteration gesetzt. In einem Schritt 55 wird die Anzahl n der Iteration durch einen Zähler um Eins inkrementiert. In einem Schritt 56 wird eine Regelzeit, die als die Zeit definiert ist, welche abläuft, bis die Anzahl der Iteration von Null an n erreicht, mit einem Zeitgeber gezählt. In einem Schritt 57 wird die Regelzeit dahingehend überprüft, ob sie gleich einer vorgegebenen Regelperiode t von beispielsweise 10 s oder kleiner als t ist. Ist die Regelzeit kleiner als t, so überspringt das Programm den Schritt 58 sowie ein Unterprogramm 59, dessen Flußdiagramm in Fig. 3(b) dargestellt ist, und läuft in einem Schritt 60 aus. Das Programm wiederholt die Iteration zwischen den Schritten 50 und 57, bis die Regelzeit die Regelperiode t von beispielsweise 10 s erreicht. Ist andererseits die Regelzeit gleich t, so geht das Programm in den Schritt 58 über. In diesem Schritt 58 wird nach Erreichen der Regelperiode t durch die Regelzeit die Zählung der Regelzeit durch den Zeitgeber gelöscht, d.h. der Zeitgeber wird wieder auf Null gesetzt, um die Regelzeit im nächsten Satz von Iterationen des Programms neu zu zählen. Sodann wird in einem Schritt 70 gemäß Fig. 3(b) in das Unterprogramm 59 eingetreten.
Jedesmal, wenn der Zeitgeber im Schritt 56 die Regelperiode t von beispielsweise 10 s zählt, wird das Unterprogramm abgearbeitet. In einem Schritt 71 wird der gemessene Wert Ms(i) der Temperatur der Strömungsmittelprobe 3 vom ersten Thermometer 11 geliefert. In einem Schritt 72 wird ein im Schritt 56 gezählter Strömungsmittelproben-Temperaturfehler Es(i) in der laufenden i-ten Regelperiode durch Subtraktion des gerade im Schritt 71 gelieferten Wertes Ms(i) von der Proben-Sollwerttemperatur Ts subtrahiert, die durch eine Betätigungsperson des Regelsystems festgelegt worden ist. In einem Schritt 73 wird ein Integrationswert Is(i) der Probentemperaturfehler Es(j) bis zur Inkrementierung von j von Null auf i bestimmt, wobei j die Anzahl der Wiederholungen der Regelperiode repräsentiert. In einem Schritt 74 wird der im Schritt 72 berechnete Absolutwert Es(i) des Probentemperaturfehlers dahingehend überprüft, ob er größer als ein vorgegebener Temperaturwert von beispielsweise 2º C ist oder nicht. Übersteigt der Wert Es(i) 2º C, so wird das Unterprogramm in einen Schritt 75 überführt. Ist er andererseits kleiner oder gleich 2º C, so wird das Unterprogramm in einen Schritt 78 überführt. Im Schritt 75 wird, wenn der Wert Es(i) 2º C übersteigt, der im Schritt 73 gewonnene Integralwert Is(i) gelöscht. Folgend auf den Schritt 75 wird in einem Schritt 76 ein Proportionalterm Kp x Es(i) bestimmt, wobei die Konstante Kp vorher festgelegt worden ist. In einem Schritt 77 wird die Bad-Sollwerttemperatur Tbs durch Addition der Proben-Sollwerttemperatur Ts zum Wert des im Schritt 76 gewonnenen Proportionalterms hinzuaddiert, wenn Es(i) größer als 2 C ist. Sodann wird in einem Schritt 81 die Temperaturdifferenz zwischen Tbs und Ts bestimmt und in einem Schritt 82 mit einem gegebenen Temperaturwert von beispielsweise 5º C verglichen. Hat sich andererseits im Schritt 74 gezeigt, daß der Wert Es(i) nicht größer als 2 C ist, so wird im Schritt 78 ein Integralterm τ x KI x Is(i) bestimmt, wobei die Konstante KI vorher bestimmt worden ist. Auf den Schritt 78 folgend wird in einem Schritt 79 auch der Proportionalterm Kp x Es(i) bestimmt. In einem Schritt 80 wird die Bad-Sollwerttemperatur Tbs in der laufenden i-ten Regelperiode durch Addition der Proben-Sollwerttemperatur Ts zu den Werten der in den Schritten 78 und 79 bestimmten Terme bestimmt. In einem Schritt 81 wird eine Temperaturdifferenz ΔT durch Subtraktion der Proben-Sollwerttemperatur Ts von der laufenden Bad-Sollwerttemperatur Tbs bestimmt. Im Schritt 82 wird der Absolutwert ΔT dieser Temperaturdifferenz dahingehend überprüft, ob sie größer als ein vorgegebener Temperaturwert von beispielsweise 5º C ist oder nicht. Überschreitet sie 5º C, so wird das Unterprogramm in den Schritt 82 überführt. Ist sie andererseits gleich oder kleiner als 5º C, so wird das Unterprogramm unter Überspringen eines Schrittes 83 direkt in einen Schritt 84 überführt. Im Schritt 83 wird der neue Wert von Tbs unabhängig vom tatsächlichen Berechnungsergebnis von Tbs im Schritt 79 gleich (Ts + 5) oder (Ts - 5) gesetzt, wenn sich im Schritt 81 gezeigt hat, daß der Absolutwert ΔT größer als 5º C ist. Hat sich andererseits im Schritt 82 gezeigt, daß der Wert ΔT gleich oder kleiner als 5º C ist, so behält die laufende Bad-Sollwerttenperatur Tbs den im Schritt 80 bestimmten Wert. Eine derartige selektive Aktion dient zur Vermeidung eines unerwünschten Überschreitens oder Unterschreitens der Flüssigkeitsbadtemperatur Tbm relativ zur Proben-Sollwerttemperatur Ts in einem Übergangszustand der Temperaturregelung des Thermostaten 1. Im Schritt 84 wird der Zähler zur Zählung der Anzahl n von Iterationen des Programms auf Null gesetzt. Sodann läuft das Unterprogramm in einem Schritt 85 aus, während das Programm in einem Schritt 60 ausläuft.
Wie in Fig. 3(b) gezeigt und oben beschrieben wurde, überspringt das Programm die Schritte 78 bis 80 und führt stattdessen die Schritte 75-77 und 81 aus, wenn der im Schritt 72 bestimmte Probentemperaturfehler beispielsweise größer als +2º C oder kleiner als -2º C ist. Ein derartiger selektiver Vorgang dient zur effektiven Regelung der Heiz- und Kühleinrichtung 18 durch den zweiten Regler zur Erwärmung oder Abkühlung des Flüssigkeitsbades 8 derart, daß die Strömungsmittelprobentemperatur sich relativ rasch an die Proben-Sollwerttemperatur annähern kann.
Nachfolgend werden Ergebnisse von unter Verwendung der Temperaturregeleinrichtung gemäß vorliegender Erfindung durchgeführten Temperaturregelexperimenten anhand der Fig. 4 bis 6 beschrieben. In den Fig. 4 bis 6 bezeichnet A die Sollwerttemperatur einer Strömungsmittelprobe. B bezeichnet die detektierte Temperatur der Strömungsmittelprobe, C die durch den oben genannten ersten Regler berechnete Sollwerttemperatur eines Flüssigkeitsbades und D die detektierte Temperatur des Flüssigkeitsbades. Diese Temperaturen A bis D werden durch einen Computer bestimmt. Gemäß Fig. 4 wird die Temperatur B der Strömungsmittelprobe in Form eines Ölbades mit relativ hoher Viskosität nach etwa 35 Minuten auf ihren Sollwert A von 30º C eingestellt und sodann konstant gehalten. Die Fig. 5 und 6 zeigen experimentelle Ergebnisse bei Verwendung von Strömungsmittelproben mit kleiner Viskosität und hoher Wärmeleitfähigkeit gegenüber der im Experiment verwendeten Strömungsmittelprobe, für welches das Ergebnis in Fig. 4 dargestellt ist. Gemäß den Fig. 4 bis 6 wird gemäß dem Temperaturregelprogramm nach Fig. 3(b) in einer Anfangsstufe der jeweiligen Experimente die Sollwerttemperatur C des Flüssigkeitsbades so eingestellt, daß sie um 5º C größer oder kleiner als die Sollwerttemperatur der Strömungsmittelprobe ist.
Fig. 7 zeigt ein experimentelles Ergebnis bei Regelung der Heiz- und Kühleinrichtung 18 gemäß einem PID-Regelsignal, das im zweiten Regler 17 auf der Basis der Differenz zwischen der Sollwerttemperatur der Strömungsmittelprobe und ihrer detektierten Temperatur gebildet wird. In diesem Experiment wird der erste Regler 13 nicht verwendet, wobei die der Sollwerttemperatur der Strömungsmittelprobe und deren detektierter Temperatur entsprechenden Signale direkt in den zweiten Regler 17 eingegeben werden, wobei die detektierte Temperatur eines Flüssigkeitsbades nicht auf den zweiten Regler 17 rückgekoppelt wird. Gemäß Fig. 7 schwankt die Temperatur D des Flüssigkeitsbades zeitlich wiederholt beträchtlich, wobei auch die Temperatur B der Strömungsmittelprobe mit einer ins Gewicht fallenden Ansprechverzögerung schwankt und sich ihrem Sollwert selbst nach einer langen Zeit nicht annähert.

Claims

1. Temperaturregeleinrichtung zur Regelung der Temperatur einer Strömungsmittelprobe (3) in einem Flüssigkeitsbad (8) umfassend erste Mittel (11) zur Messung der Temperatur einer Strömungsmittelprobe (3) in einem Flüssigkeitsbad (8);

zweite Mittel (14) zur Bestimmung der Differenz zwischen einer gewünschten Probentemperatur und der gemessenen Probentemperatur;

dritte Mittel (13) zur Bestimmung einer gewünschten Badtemperatur in Abhängigkeit von einer Funktion der durch die zweiten Mittel bestimmten Differenz;

vierte Mittel zur Bestimmung der Differenz zwischen der gewünschten Badtemperatur und der gewünschten Probentemperatur;

fünfte Mittel (15) zur Messung der tatsächlichen Badtemperatur;

sechste Mittel (17) zur Bestimmung der Differenz zwischen der durch die dritten Mittel bestimmten gewünschten Badtenperatur und der durch die fünften Mittel gemessenen tatsächlichen Badtemperatur; und

siebte Mittel (18) zur Erwärmung oder Abkühlung des Flüssigkeitsbades als Funktion der durch die sechsten Mittel bestimmten Differenz zwecks Realisierung einer Differenz von Null, dadurch gekennzeichnet, daß

die dritten Mittel (13) selektive Mittel zur selektiven Bestimmung der gewünschten Badtemperatur gemäß einer ersten Funktion der durch die zweiten Mittel bestimmten Differenz, wenn der Absolutwert der durch die zweiten Mittel bestimmten Differenz größer als ein vorgegebener Wert ist, sowie gemäß einer zweiten Funktion der durch die zweiten Mittel bestimmten Differenz, wenn der Absolutwert, der durch die zweiten Mittel bestimmten Differenz nicht größer als der vorgegebene Wert ist, enthalten,

die Temperaturregeleinrichtung weiterhin Begrenzermittel zur Begrenzung der durch die selektiven Mittel bestimmten gewünschten Badtemperatur auf die gewünschte Probentemperatur plus einem vorgegebenen Wert, wenn die durch die vierten Mittel bestimmte Differenz größer als der gegebene Wert ist, sowie auf die gewünschte Probentemperatur minus dem gegebenen Wert, wenn die durch die vierten Mittel bestimmte Differenz kleiner als das Negative des gegebenen Wertes ist, umfaßt; und

die sechsten Mittel (17) zur Bestimmung der Differenz der durch die selektiven Mittel bestimmten gewünschten Badtemperatur und der durch die fünften Mittel (15) gemessenen tatsächlichen Badtemperatur enthalten.

2. Verfahren zur Regelung der Temperatur einer Strömungsmittelprobe in einem Flüssigkeitsbad umfassend die Schritte

(1) Messung der Temperatur einer Strömungsmittelprobe in einem Flüssigkeitsbad;

(2) Bestimmung der Differenz zwischen einer gewünschten Probentemperatur und der gemessenen Probentemperatur;

(3) Bestimmung einer gewünschten Badtemperatur in Abhängigkeit von einer Funktion der im Schritt (2) bestimmten Differenz;

(4) Bestimmung der Differenz zwischen der gewünschten Badtemperatur und der gewünschten Probentemperatur;

(5) Messung der tatsächlichen Badtemperatur;

(6) Bestimmung der Differenz zwischen der im Schritt (3) bestimmten gewünschten Badtemperatur und der im Schritt (5) gemessenen tatsächlichen Badtemperatur; und

(7) Erwärmung oder Abkühlung des Flüssigkeitsbades als Funktion der im Schritt (6) bestimmten Differenz zwecks Realisierung einer Differenz von Null,

dadurch gekennzeichnet, daß

der Schritt (3) einen selektiven Schritt zur selektiven Bestimmung der gewünschten Badtemperatur gemäß einer ersten Funktion der im Schritt (2) bestimmten Differenz, wenn der Absolutwert der im Schritt (2) bestimmten Differenz größer als ein vorgegebener Wert ist, sowie gemäß einer zweiten Funktion der im Schritt (2) bestimmten Differenz, wenn der Absolutwert der im Schritt (2) bestimmten Differenz nicht größer als der vorgegebene Wert ist, enthält;

das Temperaturregelverfahren weiterhin einen Schritt zur Begrenzung der im selektiven Schritt bestimmten gewünschten Badtemperatur auf die gewünschte Probentemperatur plus einem gegebenen Wert, wenn die im Schritt (4) bestimmte Differenz größer als der gegebene Wert ist, sowie auf die gewünschte Probentemperatur minus dem gegebenen Wert, wenn die im Schritt (4) bestimmte Differenz kleiner als das Negative des gegebenen Wertes ist, umfaßt; und

der Schritt (6) einen Schritt zur Bestimmung der Differenz zwischen der im selektiven Schritt bestimmten gewünschten Badtemperatur und der im Schritt (5) gemessenen tatsächlichen Badtemperatur enthält.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Funktion durch

Tbs = Ts + Kp x (Ts - Ms(i))

definiert ist, worin:

Tbs die gewünschte Temperatur des Flüssigkeitsbades;

Ts die gewünschte Temperatur der Strömungsmittelprobe;

Ms(i) die gemessene Temperatur der Strömungsmittelprobe in der i-ten Wiederholung; und

Kp eine Proportionalitätskonstante

bedeuten.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Funktion durch

definiert ist, worin:

Tbs die gewünschte Temperatur des Flüssigkeitsbades;

Ts die gewünschte Temperatur der Strömungsmittelprobe;

τ eine als Zeitintervall zwischen aufeinanderfolgenden Wiederholungen der Bestimmung von Tbs definierte Regelperiode;

Ms(i) und Ms(j) die gemessenen Temperaturen der Strömungsmittelprobe in der i-ten Wiederholung bzw. in der j-ten Wiederholung der Regelperiode τ;

Kp eine Proportionalitätskonstante; und

KI eine Integrationskonstante

bedeuten.

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgegebene Wert im selektiven Schritt gleich 2º C ist.

6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der gegebene Temperaturweg im Begrenzerschritt gleich 5º C ist.

7. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelperiode gleich 10 s ist.