Modulationsverfahren zur genauen Regelung höherer Temperaturen

Abstract

Mai3gebend f u r das Verhalten eines Thermostaten ist seine Totzeit und Zeitkonstante. Neben indirekten Verfahren der Temperaturregelung kornrnt bei den direkten Verfahren den einfachen und robusten Zweipunktreglern besondere Bedeutung zu, die aber nicht beliebig begrenzbare Regelschwingungen ausfuhren. Der Zweipunktregler lai3t sich durch empfindlichere MeBschaltungen, Kornpensation der Totzeit durch Ruckfuhrungen und Dampfungsglieder nach T i a n verbessern. Noch wirkungsvoller ist die Umwandlung des unstetigen Zweipunktreglers in einen quasi-stetigen Proportionalregler rnit Hilfe des einfachen G o u y -Modulators. Be; der Anwendung von Galvanornetern zur Anzeige der Regelabweichungen in Verbindung mit Photozellenrelais lassen sich einfache Moglichkeiten zur Modulation ohne Storung des MeOkreises verwirklichen, so dai3 mit Doppelthermostaten Temperaturen bis 1000 "C auf einige 0,001 genau geregelt werden konnen.Die Technik der genauen Regelung hoherer Temperaturen ist fur viele physikalisch-chemische Messungen von Bedeutungl). Beispielsweise hat die neuere Entwicklung von Hochtemperatur~alorimetern~~) gezeigt, daR die G enauigkeit und Empfindlichkeit calorimetrischer Messungen bei hohen Temperaturen wesentlich durch die Zuverlassigkeit der Temperaturregelung bedingt ist.Diese Voraussetzung wurde neben anderen Unvollkommenheiten der Methodik bei einigen alteren Apparaturen*X offenbar nicht genugend berucksichtigt, so daR vor allem bei den Mischungswarmen flussiger Metalle gelegentlich recht fehlerhafte Ergebnisse gewonnen wurden, z. B. bei den Systemen AntimoniWismut und Silberi ZinnlOjL1). Bei der Entwicklung von genauen und zuverlassigen Hochtemperaturcalorimetern standen wir daher zunachst vor der Aufgabe, hinreichend konstante Thermostaten fur hohe Temperaturen zu entwickeln, die nicht nur auRere StorgroRen, sondern auch den EinfluR des Warmeaustausches der MeRzelle mit dem Thermostaten eliminieren, wobei wir moglichst einfache, robuste, wirtschaftliche und fur den Dauerbetrieb geeignete Verfahren anstrebten. Im folgenden wollen wir uber die prinzipiellen Moglichkeiten zur genauen Regelung hoherer Temperaturen und ihre Vor-und Nachteile sowie uber einige von uns entwickelten Verfahren berichten, die sich in den letzten sechs Jahren im Dauerbetrieb bei Temperaturen bis zu 1000°C bei drei isothermen und einem adiabatischen Calorimeter bewahrt haben. Prinzipielle Moglichkeiten zur Regelung hoherer TemperaturenDie Regelung hoherer Temperaturen%'*P) ist naturlich nur ein Teilgebiet der Regeltechnik14?5,16), deren allgemeine Verfahren und Theorien angewendet werden miissen. Wesentlich fur die Konstanz eines Thermostaten ist seine Zeitkonstante Z , und Totzeit ZT.Die Z e i t k o n s t a n t e ergibt sich aus der auch fur Calorimeter gultigen Gleichung6>') erster Naherung wonach die von der Leistung L [Watt] in der Zeit dz erzeugte Warmemenge dQ zu einer Erwarmung des Thermostaten um dT, und zu einem in erster Naherung der Temperaturdifferenz zwischen Thermostat und Umgebung (T,,) proportionalen Warmeaustausch fuhrt...