DE2233013A1

DE2233013A1 - Verfahren und vorrichtung zur regelung der partialdruecke einer gasmischung

Info

Publication number: DE2233013A1
Application number: DE2233013A
Authority: DE
Inventors: Marcel Andre; Bernard Legrand; Jean-Marie Montigaud
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1971-07-05
Filing date: 1972-07-05
Publication date: 1973-01-18
Also published as: FR2144951A5; IT964456B; BE785580A; US3881093A; GB1366617A

Description

410-18.996P- 5. 7. 1972

COMMISSARIAT λ L'ENERGIE ATOMIQUE. Paris ■ (Frankreich)

Verfahren und Vorrichtung zur Regelung der Partialdrücke einer Gasmischung,

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung durch Abtastung der Partialdrücke einer Gasmischung in mindestens einem abgeschlossenen Raum, der mindestens einen Organismus enthält, der diese Teildrücke verändern kann, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens .

Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung liegen auf landwirtschaftlichem und veterinärmedizinischem Gebiet, insbesondere aber in der Untersuchung der Entwicklung von Pflanzen oder Tieren in Abhängigkeit von der Atmosphäre, in der diese leben.

'HO-(B h)h6.-))-Ko-r (8)

2 ΟίΗίίΠ/Π837

Es gibt Geräte, die es erlauben, diese Art von Untersuchungen durchzuführen« Diese Geräte überwachen oder steuern in Wirklichkeit jedoch nur die klimatischen Parameter (Temperatur, Feuchtigkeit, Beleuchtung) und ggf. einen einzigen Partialdruck eines der in dem abgeschlossenen Raum enthaltenen Gase.

Diese Geräte weisen mehrere Nachteile auf;

Sie erlauben nicht die Regelung von mehreren Partialdrücken eines abgeschlossenen Raumes und noch weniger von mehreren abgeschlossenen Räumen;

sie beseitigen keine automatische Einrichtung, die es erlaubt, den Gegenstand zu schwenken, um seinen Inhalt in die freie Atmosphäre zu entlassen;

sie sind mit keinen Einrichtungen ausgerüstet, die die Gasprodukte oder den Gasverbrauch des Organismus in dem abgeschlossenen Raum aufzeichnen. Diese Mangel können einen Versuch fehlschlagen lassen.

Durch die Erfindung werden diese Mangel beseitigt; denn es ist möglich, mehrere Partialdrücke für jeden abgeschlossenen Raum in einer großen Anzahl von verschiedenen (beispielsweise 2O) abgeschlossenen Räumen um einen Soll- oder Einstellwert zu regeln. Weiterhin ist es möglich, einen oder mehrere Partialdrücke abhängig von dem Organismus zu verändern. Sodann können andere, den abgeschlossenen Räumen zugeordnete physikalische Parameter beobachtet werden. Schließlich können die auf das Verhalten des Organismus bezogenen Inforrriationen aufgezeichnet und Mangel oder Ausfälle angezeigt werden.

',' Π Π :"? R . V Π 8 3 7

Die Erfindung betrifft genauer ausgedrückt ein Verfahren zur Regelung durch Abtastung der Partialdrücke eines Gasgemisches in mindestens einem abgeschlossenen Raum, der mindestens einen Bestandteil enthält, der die Partialdrücke verändern kann, wobei die Regelung unabhängig auf die einzelnen Partialdrücke wirkt, und ist dadurch gekennzeichnet, daß jeder Partialdruck während zweier Regelungsarten, nämlich einer "unterhaltenen" Regelung und einer "unscharfen" Regelung geregelt wird, daß während der "unterhaltenen" Regelung der Druck in der Nähe eines Sollwertes gehalten wird, und daß während der "unscharfen" Regelung sich der Druck frei, abhängig von den durch den in dem abgeschlossenen Raum enthaltenen Bestandteil eingeführten Veränderungen entwickelt, bis dieser eine vorbestimmte Grenze erreicht, ab welcher der Druck auf den Sollwert zurückgeführt wird.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Diese Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß jede der zweiten elektronischen Schaltungen zur "unterhaltenen" Regelung enthält ein Einstellpotentiometer für den Sollwert, ein Operationsverstärker für die Anpassung der Impedanz, eine Vergleichsschaltung zwischen dem durch das Spektrometer angezeigten Druck und dem Solldruck, eine Speicherschaltung, deren Ausgangssignal abhängig vom Vorzeichen der gespeicherten Größe steuert einerseits eine Gaseinspeisungsschaltung mit einem Operationsverstärker mit einem veränderbaren Verstärkungsfaktor, einen Strom-Spannungs-Umsetzer, einen Strom-Frequenz-Umsetzer und eine monostabile und auf das Einspeisungs-Absperrorgan wirkende Schaltung und andererseits eine Ausströmschaltung mit einem Spannungs-Zeit-Umsetzer, der das Ausström-Absperrorgan betätigt.

209383/0837

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen?

Fig. 1 ein Schema zur Erläuterung des Prinzips des Verfahrens,

Fig. 2 die erfindungsgemäße Vorrichtung anhand eines Blockschaltbildes,

Fig. 3 ein Blockschaltbild der dieser Vorrichtung folgenden Schaltung,

Fig. h eine Schaltung zur vorgenommenen Regelung,

Fig. 5 eine Schaltung zur Gasinjektion, die schematisch in der Fig. k in dem oberen gestrichelten Rechteck angedeutet ist,

Fig. 6 eine Gasfallenschaltung, die schematisch in der Fig. h in dem unteren, gestrichelten Rechteck angedeutet ist, und

Fig. 7 eine Schaltung für eine "unscharfe" oder nicht vorgenommene Regelung.

In der Fig« 1 bezeichnen C einen Sollwert und P den augenblicklichen Wert eines Druckes. T und T„ sind die Regelungsperioden, während T₃ und T^ die Perioden einer "unscharfen" oder nicht vorgenommenen Regelung bedeuten. Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert?

209 8 83/0 837

Während der vorgenommenen Regelung (Phasen T. und T„) wird der Partialdruck P dauernd um den Sollwert C gehalten, dank einer Gaseinspeisung (ig), sei es von dem verbrauchten (conso) oder von dem ausgeströmten (pg) Bestandteil oder Element, sei es von dem erzeugten Bestandteil oder Element (prod.), Während der "unscharfen" oder nicht vorgenommenen Regelung (Phasen T und Tr) entwickelt sich der Partialdruck P frei abhängig von dem Organismus, der dieses Gas verbraucht, und dies bis zu einem Grenzwert X$ von C (weniger einem festen minimalen Schwellenwert s), ab welchem eine Gaseinspeisung den Partialdruck P bis zu dem Sollwert C weniger dem festen minimalen Schwellenwert zurückführt. Danach folgt wieder die "unscharfe" oder nicht vorgenommene Regelung. Die Wiederaufnahme der Regelung (Phase T„) führt den Wert P in den Bereich von C zurück. Eine "unscharfe" Regelungsperiode Tj mit einer teilweisen Gaserzeugung ist auf gleiche Weise mit einem oberen Grenzwert X^ von C weniger einem festen minimalen Schwellwert ausgestattet, ab welchem P zu dem Wert C plus dem minimalen festen Schwellwert zurückgeführt wird.

In der Fig. 2 bezeichnet 21 ein Massenspektrometer, das die Analyse der .Zusammensetzung der Gasmischungen in abgeschlossenen Räumen A, B, C usw. erlaubt. Mit 22, 23 und 23' sind synchrone Verteiler oder Weichen bezeichnet. Mit 2h ist-ieiöe erste elektronische Schaltung zur Speicherung bekannter Größen bezeichnet. Mit 25 ist eine erste Gruppe von elektronischen Regelungsschaltungen bezeichnet. Mit 26 ist eine zweite Gruppe von elektronischen Schaltungen für eine "unscharfe¹¹ Regelung bezeichnet. VI ist eines von Absperrorganen oder Schiebern für die Einspeisung von Gas. VP ist eines von Absperrorganen oder Schiebern zum

9Π83/Ό837

Ausströmen von Gas aus dem abgeschlossenen Raum A. Diese Absperrorgane oder Schieber werden durch die Schaltung 25 gesteuert. Mit 27 ist eine Taste bezeichnet.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet wie folgts

Der Verteiler 23 verbindet nacheinander das Massenspektrometer 2 1 mit den abgeschlossenen Räumen A, B₉ C usw. Das Massenspektrometer analysiert nacheinander die Partialdrücke P der in jedem abgeschlossenen Raum enthaltenen Gase (beispielsweise h Partialdrücke und 20 abgeschlossene Räume). Das Spektrometer liefert zwei Signale: einerseits eine Spannung in der Form einer Stufe, die durch den Verteiler 22 zur elektronischen Schaltung 25 abgezweigt wird, und andererseits die Partialdriicke des abgeschlossenen Raumes A, die durch den Verteiler 23' zu derselben Schaltung 25 abgezweigt werden. Die Schaltung 25 umfaßt ebensoviele Regelungsschaltungen, wie Partialdrücke zu regeln sind (beispielsweise h). Die Weiche oder Taste 27 legt die Art der Regelung fest, ob eine Regelung unterhalten wird (Verwendung der Schaltung 25) oder ob eine "unscharfe" oder keine Regelung unterhalten wird (Verwendung der Schaltung 26) „ Die Schaltung 26 zur "unscharfen" Regelung umfaßt ihrerseits ebensoviele Schaltungen wie Partialdrücke in Jedem abgeschlossenen Raum zu regeln sind. Während der Regelung bewirkt eine der Schaltungen 25» die einem bestimmten Gas zugeordnet ist, den Vergleich zwischen dem Wert von P und: dem Sollwert C. Sie steuert das Einspeisungsabsperrorgan VI des betrachteten Gases, wenn P-C <0 und das Ausströmabsperrorgan VP, wenn P-C > 0, Während der "unscharfen" Regelung löscht die Schaltung 26 die vorausgegangenen Einspeisungs- und Ausflußfunktionen. Die Schaltung 25 ver-

2 (Kitt 8 3 /0837

gleicht dann den Wert des Partialdruckes P mit dem Grenzwert X$ von C, weniger dem festen minimalen Schwellenwert. Wenn P diesen Wert erreicht, dann werden die Einspeisungs- oder Ausflußfunktionen wieder aufgenommen.

Nachdem die Analyse eines abgeschlossenen Raumes durch das Spektrometer durchgeführt wurde, analysiert dieses den Inhalt eines anderen abgeschlossenen Raumes, der durch den Schalter 23 festgelegt wird. Die vom Spektrometer ausgesandten Signale werden durch die Verteiler 22 und 23' zu den Schaltungsgruppen abgezweigt,,die dem neu analysierten abgeschlossenen Raum zugeordnet sind. Nachdem alle abgeschlossenen Räume analysiert wurden, wird das Spektrometer erneut mit dem abgeschlossenen Raum A durch den Verteiler 23 verbunden. Es mißt die neu erhaltenen Partialdrücke, so daß dadurch der Regelungskreis geschlossen wird_o Die Schaltung 2h speichert die Einspeisungsfrequenzen und die Ausflußzeiten. Sie erlaubt es, jedem Zyklus eine genaue Messung der Eingangs-Ausgangs-Bilanz des geregelten Systems zuzuordnen.

Die elektronische Schaltung 25 der Figo 2 erfüllt zwei Funktionen. Die erste besteht darin, daß sie nacheinander jede der Schaltungen in Betrieb nimmt, die zur unterhaltenen Regelung eines der Gase des betrachteten abgeschlossenen Raumes dient. Die zweite Funktion betrifft die Regelung selbst.

In der Fig. 3 ist eine Schaltung dargestellt, die die zuerst genannte Funktion erfüllt.

In dieser Figur ist mit 31 ein Anschluß bezeichnet.

209883/08

Mit 32 und 33 sind Widerstände von 470 k jQ , mit 34 ist ein Widerstand von 470 .Ω , mit 35 ein Widerstand von 150_Ω , mit 36 ein Operationsverstärker, mit 37 ein Widerstand von 47 M LJ. , mit 38 eine monostabile Schaltung mit einer Zeitdauer von 170 ms und mit 39 und 40 sind Anschlüsse bezeichnet.

Diese Schaltung arbeitet wie folgts

In den Anschluß 31 wird eine sägezahnförmige oder stufenförmige Spannung vom Spektrometer eingespeist. Diese Spannung ist in jedem Augenblick proportional zum Molekulargewicht des Gases, für das das Spektrometer in diesem Augenblick den Druck ermittelt. Die aus den Widerständen 33» 34 und 35 gebildete Brücke legt eine Spannung am positiven Eingang des Operationsverstärkers 36 fest, die charakteristisch ist für das Molekulargewicht des Gases, dessen Druck geregelt werden soll. Wenn die sägezahnförmige Spannung noch nicht die das Gas kennzeichnende Spannung erreicht hat, dann beträgt die Spannung am Ausgang des Operationsverstärkers 36+15 Volt. Wenn die Sägezahnspannung mit der charakteristischen Spannung des betrachteten Gases zusammenfällt, dann kippt der Operationsverstärker 36 um, und am Ausgang vom Operationsverstärker 36 liegen dann -15 Volt. Dieses Umkippen schaltet die monostabile Schaltung 38 mit der Zeitdauer 170 ms ab, die einen Rechteckimpuls durch den Anschluß 40 zu nicht dargestellten Programmierschaltungen und durch den Anschluß 39 zu einem Relais sendet, dessen Funktion näher anhand der Fig. k beschrieben wird.

In der Fig. 4 ist mit 41 ein Einstellpotentiometer bezeichnet, mit 42 ein Operationsverstärker mit dem Verstärkungsfaktor "1", mit k3 eine Spannungsspeichereinrichtung,

2 0 9 8 8 3 / Π 8 3 7

mit 44 ein Relais, mit 45 ein Operationsverstärker mit dem Verstärkungsfaktor K-, der zwischen 1 und 20 liegt, mit 46 ein Strom-Spannungs-Umsetzer, mit 47 ein Strom-Frequenz-Umsetzer, mit 48 eine monostabile Schaltung der Zeitdauer 300 ms, rait VI ein Einspeisungsabsperrorgan, mit 49 ein Spannungs-Zeit-Umsetzer, mit 50 ein Zeit-Zeit-Umsetzer, mit VP ein Ausströmabsperrorgan.

Diese Schaltung arbeitet wie folgts Der Sollwert C wird in den mittleren Anschluß des Potentiometers 41 eingespeist, dessen Impedanz durch den Operationsverstärker 42 angepaßt wird. Dieser Sollwert wird in der Einrichtung 43 mit dem maximalen Wert P des durch das Spektrometer und seine zugeordneten Schaltungen eingespeisten Signals verglichen (Verstärkung des Signals und Erfassung des Maximums; nicht dargestellte Schaltungen liefern immer eine negative Spannung).

Wenn das vom Spektrometer kommende Signal mit dem Gas übereinstimmt, dessen Druck geregelt werden soll, dann wird das der Schaltung 43 zugeordnete Relais 44 während 170 ms geschlossen, dank des durch die monostabile Schaltung 38 der Fig. 3 eingespeisten Signals (die Wirkungsweise der anhand der Fig. 3 beschriebenen Schaltung wurde oben erläutert). Alle dem abgeschlossenen Raum A zugeordneten Regelungsschaltungen (vier im Ausführungsbeispiel) empfangen die Analysensignale des Spektrometers, aber nur diejenige, deren Relais geschlossen ist, regelt tatsächlich einen Partialdruck.

Die Schal bung 43 bildet eine Fehlerspannung P-C. Diese Schaltung enthält ein Relais, das, wenn es geschlossen ist, es erlaubt, die Spannung P-C zu speichern.

Für die Regelungsschaltung, die dank der Schaltfolge in Betrieb gesetzt wurde, ergibt sich also am Ausgang der Einrichtung 43 die gespeicherte Spannung P-C.

Der Verstärkungsfaktor K_? des Operationsverstärkers regelt die Verstärkung des Einspeisungsabsperrorgans VI. Am Ausgang des Operationsverstärkers 45 liegt eine Spannung V = K_?(P-C). Der Umsetzer 46 transformiert diese Spannung in einen Strom I = K₁V₀ Die Schaltung 47 setzt diesen Strom in eine Impulsfolge um, deren Wiederholfrequenz proportional zum Strom I ist. Diese Impulse betreiben über die monostabilen Schaltungen 48 die Öffnungen des Einspeisungsabsperrorgans VI mit der Frequenz f = KI = K K₂K„(P-C). Die Schaltungen 46 und 47 im oberen Rechteck werden weiter unten näher anhand der Fig. 5 beschrieben. Sie können nur arbeiten, wenn P-C < 0. Wenn P-C > O, dann transformiert die Schaltung 49 die Spannung V = P-C in eine Zeitdauer T , die umgekehrt proportional ist zu V % X = KjVv. Eine logische Schaltung 50 transformiert T in t = T - T , wobei T die Analysendauer der gesamten Vorrichtung darstellt. Diese Zeit legt die Öffnungszeit des Ausströmabsperrorgans VP fest. Die Schaltung 49 arbeitet nur, wenn P-C > 0. Dies wird weiter unten näher anhand der Fig. 6 beschrieben.

Die der Einspeisung dienenden Schaltungen 46 und 47 werden nun näher anhand der Fig. 5 beschrieben.

In der Fig. 5 ist mit 51 ein Anschluß bezeichnet, mit 52 ein Widerstand von 15 kü, mit 53 und 53¹ zwei Widerstände von 7»5 k CX , mit 54 und 54' zwei Widerstände von 5,6 kil , mit 55 ein Feldeffekttransistor, mit 56 eine Diode,

7 0 Π R f! 'M Π 8 3 7

mit 57 ein Operationsverstärker, mit 58 ein Kondensator von 100 AiF,- mit 59 eine Schaltung, die im wesentlichen einen Unijunctiontransistor umfaßt, und mit A ein Anschluß.

Diese Schaltung arbeitet wie folgts Während der unterhaltenen Regelung liegen am Anschluß A. -15 V. Der Feldeffekttransistor 55 ist geöffnet. Der positive Eingang des Operationsverstärkers 57 liegt also an 7,5 kO + 7,5 kß = 15 kjQ . Die-Widerstände 52 und 53 + 53' sind also gleich, ebenso die Widerstände 5h und 5^'· Unter diesen Bedingungen transformiert der Operationsverstärker 57 die Spannung V = Kp(P-C), die am Anschluß 51 auftritt, in einen konstanten Strom I, der den Kondensator 58 auflädt. Die Spannung an den Klemmen des Kondensators 58 wächst also linear mit der Zeit und erreicht den Schwellenwert des Unijunktionstransistors» Der Kondensator 58 entlädt sich dann, und hinter der Schaltung 59 erscheint ein Impuls. Der Vorgang wiederholt sich und legt so eine Impulsfrequenz fest, die proportional zum Strom I ist, der seinerseits proportional zur Spannung V ist. Die Vorrichtung arbeitet nur, wenn P-C < 0, denn wenn P-C >■ 0, dann lädt sich der Kondensator 58 im entgegengesetzten Sinn auf und erreicht niemals den positiven Schwellenwert des Unijunktionstransistors.

Wenn an den Anschluß A₁ + 15 V gelegt werden, dann gleicht der Feldeffekttransistor einem Kurzschluß, und der Widerstand 53' wird zu O. Die Widerstände 52 und 53 + 53' werden dann ungleich, was die Schaltung aus dem abgeglichenen Zustand bringt. Dadurch wird die Strom-Spannungs-Umsetzung unterbrochen. Damit wird die Gaseinspeisung abgeschaltet.

2098R3/0837

Die Ausströmschaltung 4°- der Fig. ^l wird nun anhand der Fig. 6 näher beschrieben ι

In der Fig. 6 ist mit 61 ein Anschluß bezeichnet, mit 62 ein Kondensator von 250 /uF, mit 63 ein Feldeffekttransistor, mit 6k ein Widerstand von 65O-Q , mit 65 ein Widerstand von 27 kjQ , mit 66 und 67 Widerstände von k,7 k£3 , mit 68 ein Operationsverstärker, und mit A₃ ein Anschluß.

Diese Schaltung arbeitet wie folgt? Während der unter« haltenen Regelung liegen am Anschluß A₂ -15 V. Der Feldeffekttransistor 63 ist geöffnet. Die Spannung (P^C) Z> 0, die in den Anschluß 61 eingespeist wird, lädt den Kondensator 62 auf. Die Ladung wächst exponentiell. Hinter dem Operationsverstärker 68 tritt ein positives Signal auf, solange die Spannung an den Klemmen des Kondensators 62 nicht einen gewissen Schwellenwert erreicht hat. Die zum Umkippen des Operationsverstärkers 68 erforderliche Zeitdauer entspricht also dem nach dem Operationsverstärker 68 erhaltenen Rechteckimpuls. Diese Zeit ist umgekehrt proportional zur Aufladespannung P-C. Da die Ausströmzeit eine wachsende Funktion von P-C sein soll, vervollständigt man diese Schaltung durch eine logische Schaltung, die T in T - L . transformiert, wenn T die Periode der Analyse der vollständigen Vorrichtung ist, wie dies anhand der Fig. k erklärt wurde (für 20 umschlossene Räume und ^l zu regelnde Drücke in einem abgeschlossenen Raum ist P = 36Ο s). Das Ausströmabsperrorgan wird nur dann betätigt, wenn die Zeitdauer der monosiabilon Schaltimg ahgelaxifen ist.

Wenn P-C < 0, dann lädt sich der Kondensator im entgegengesetzten Sinn auf, und die Spannung erreicht niemals

?09Rfn/n β 3 7

den Schwellenwert, der bewirkt, daß die monostabile Schaltung umkippt. Diese Schaltung arbeitet also nur, wenn P-C >■ O₁ Wenn am Anschluß A_? + 15 V liegen, dann entspricht der Feldeffekttransistor 63 einem Kurzschluß, der den Kondensator aufhebt, und der zur gleichen Zeit eine Spannungs-Zeit-Umsetzung bewirkt. Dadurch wird diese Funktion beseitigt.

Die "unscharfe" oder nicht unterhaltene Regelung, deren Schaltungsweise anhand der Schaltung 26 der Fig. 2 schematisch erläutert wurde, wird nun im einzelnen anhand der Fig. 7 näher erläutert;

In dieser Figur ist mit 71 ein Anschluß bezeichnet, mit 72 und 73 Widerstände von 100 k jQ , mit lh ein Operationsverstärker, mit 75 ein Feldeffekttransistor, mit 76 ein Einstellpotentiometer, mit 77 ein Widerstand von einem Mß , mit 78 ein Widerstand von 2,2 ki2 , mit 79 eine Diode, mit 80 eine Umsetzer taste, und mit A und A_? verschiedene Anschlüsse.

Diese Schaltung arbeitet wie folgts Während der Umtregelung verbindet die Taste 80 die An A₀ mit dem Ausgang des Operationsverstärkers

schaltregelung verbindet die Taste 80 die Anschlüsse A. und

Am Anschluß 7' liegt dio Spannung P-C5 Diese Spannung wird durch eine nicht dargestellte Schaltung immer negativ ,gehalten» Der Schwellenwert X$ von C wird durch das Potentiometer 76 eingestellt. Der in bezug zum Widerstand 78 große Widerstandswert des Widerstandes 77 legt am negativen Eingang des Operationsverstärkers 7h eine sehr geringe Spannung 6 in der Größenordnung von 30 mV fest, Am positiven Eingang des Operationsverstärkers 7h liegt die Spannung X# - (P-C),

20 9 883/0 837

wenn der Feldeffekttransistor 75 kurzgeschlossen ist und P-C, wenn der Feldeffekttransistor 75 geöffnet ist.

Nachstehend wird die mögliche Zustandsfolge beschrieben s Es wird zunächst angenommen, daß P-C = O gilt. Man findet dann eine Spannung von X$ am positiven Eingang des Operationsverstärkers lh und von £, am negativen Eingang des Operationsverstärkers 7^· Am Ausgang des Operationsverstärkers lh liegt dann eine positive Spannung von 15 V, und £ hat einen positiven ¥ert. Der Feldeffekttransistor 75 ist also kurzgeschlossen. Die Spannung + 15 V wird durch die Taste an die Anschlüsse A und A_ übertragen. Diese Anschlüsse entsprechen den Anschlüssen der Fig. 5 und 6, die die Einspeisung und das Ausströmen bewirken. Die Spannung + 15V wird also an das Tor des Feldeffekttransistors 55 der Fig. und an das Tor des Feldeffekttransistors 63 der Fig. 6 gelegt. Diese Feldeffekttransistoren verhalten sich also wie Kurzschlüsse, und wie oben näher erläutert, wird die Einspeisurigs- und Aus s trönif unk tion dadurch unterdrückt.

Der Partlaldruck entwickelt sich also abhängig von dem in dem abgeschlossenen Raum enthaltenen Organismus, und P-C erhöht seinen absoluten Wert. Solange |P-C| kleiner ist als X$, liegen die gleichen Verhältnisse vor, wie oben beschrieben wurde.

Wenn X$ - j P-CJ kleiner wird als £ , kippt der Operationsverstärker um und liefert -15 V ein seinem Ausgang. Diese Spannung wird ein das Tor des Feldeffekttransistors 75 gelegt, der sich öffnet. An dor positiven Klemme des Opera t ions vera tärkers "lh liegt dann die positive Spannung P-C und an der negativen Klemme die Spannung 6 1 die nun

2 ο η 8 η :ι 1 ο R 3 7

kleiner ist als O. Darüber hinaus wird die Spannung -15 V in die Anschlüsse A₁ und A eingespeist, wodurch die beiden Feldeffekttransistoren 55 und 63 der Einspeisungs- und Ausströmschaltungen geöffnet werden. Die eine oder die andere dieser beiden Funktionen liegt abhängig vom Vorzeichen von P-C vor. Es wird nun angenommen, daß P-C < O. Die Gasinjektion läßt P anwachsen, bis P-C gleich wird mit t(t <O). In diesem Fall kippt der ,Operationsverstärker um, und die Spannung hinter dem Operationsverstärker 7k beträgt -15 V. Die drei Feldeffekttransistoren sind kurzgeschlossen, und die Einspeisungs- und Ausströmfunktionen sind erneut blökkiert. Der Schwellenwert X$ tritt wieder an der positiven Klemme auf, und 6 wird wieder positiv. Der Vorgang wiederholt sich, wie dies weiter oben beschrieben wurde.

Der feste minimale Schwellenwert & ist dazu bestimmt, zu vermeiden, daß die Vorrichtung nicht auf äußere Störungen anspricht.

¥enn zur unterhaltenen Regelung zurückgekehrt werden soll, dann läßt man die Taste 80 auf die Spannung -15 V umschalten. Der Feldeffekttransistor 55 der Fig. 5 und der Feldeffekttransistor 63 der Fig. 6 sind geöffnet, und die Einspeisungs- und Ausströmfunktionen laufen entsprechend der unterhaltenen Regelung ab.

Die bei der unterhaltenen Regelung erhaltene Genauigkeit hängt von der Anzahl der abgeschlossenen Räume ab, deren Drücke geregelt werden. Für beispielsweise zwanzig umschlossene Räume und vier Pariial drücke, die für einen abgeschlossenen Raum geregelt werden, bewegt sich der Durck P in -bezug auf den Sollweri C in den Grenzen von λ 5 $.

2 0 9 B 8 3/0837

Während der "unscharfen" oder nicht unterhaltenen Regelung, während der sich der Druck P beträchtlich vom Sollwert C entfernen kann, werden Mangel angezeigt, und, was nicht beschrieben ist, unterdrückt.

Die elektronische Schaltung 2k (Fig» 2) kann mit einer Einrichtung mit einem Band verknüpft sein, die es erlaubt, die Entwicklung der Partialdrücke oder der anderen Parameter wie beispielsweise der Temperatur zu verfolgen. Darüber hinaus kann jeder abgeschlossene Raum eine Einrichtung umfassen, die Mangel von allen Teilen anzeigt, deren Ausfall einem Versuch schaden könnte.

209RR3/0 837

Claims

- ¹⁷ - . 2233D13

Patentansprüche

i.] Verfahren zur Regelung durch Abtastung der Partialdrücke eines Gasgemisches in mindestens einem abgeschlossenen Raum, der mindestens einen Bestandteil enthält, der die Partialdrücke verändern kann, wobei die Regelung unabhängig auf die einzelnen Partialdrücke wirkt, dadurch g e kennzeichne t , daß jeder Partialdruck während zweier Regelungsarten, nämlich einer "unterhaltenen" Regelung und einer "unscharfen" Regelung geregelt wird, daß während der- "unterhaltenen" Regelung der Druck in der Nähe eines Sollwertes gehalten wird, und daß während der "unscharfen" Regelung sich der Druck frei,' abhängig von den durch den in dem abgeschlossenen Raum enthaltenen Bestandteil eingeführten Veränderungen entwickelt, bis dieser eine vorbestlimnte Grenze erreicht, ab welcher der Druck auf den Sollwert zurückgeführt wird.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Massenspektrometer (21) zur Analyse der Zusammensetzung, der Gasgemische, eine erste elektronische Schaltung (2^) zur Speicherung von gegebenen Werten, eine zweite, dem Massenspektrometer (21) zugeordnete, elektronische Schaltung (-5) zur "imterhaLtenen" Regelung von jedem der Partialdrücke, Einspeisungs- und Ausström-Absperrorgane (VI, VP) für das Gas, die durch die zweite Schaltung (25) gesteuert werden, und durch eine dritte elektronische SchaLtung (26) für die "unscharfe" Regelung, die die Eingangs- und AusströmrAbsperrorgane (VI, VP) für das Gas steuert, wobei das Massenspektrometer (21)

2 0 S B Π 3 / Π B :? 7

die Partialdrücke unter der Wirkung der zweiten und der dritten elektronischen Schaltung (25» 26) in einem geschlossenen Kreis steuert.

1, Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede der zweiten elektronischen Schaltungen (25) zur "unterhaltenen" Regelung enthält ein Einstellpotentiometer (-M ) für den SolLwert, ein Operationsverstärker (^2) fur die Anpassung der Impedanz, eine Vergleichsschaltung (^3) zwischen dem durch das Spektrometer (21) angezeigten Druck und dem Solldruck, eine Speicherschaltung, deren Ausganges ignal abhängig vom Vorzeichen der gespeicherten Größe steuert einerseits eine Gaseinspeisungsschaltung mit einem Opera t lon.svers tärker· mi. t einem veränderbaren Verstärkungsfaktor, einen S troin-Sparmun;^r;s-Umse tzer (h6) , einen Strom-Freqiuüiz-Unise tzer (^7) und eine monostabile und auf das FO Lnspe Lsuiigs-Absperrorgan (Vl) wirkende Schaltung (48) und andererseits eine Ausströmschaltung mit einem Spannungs-Zei t-liirise tzer (h⁽)) , der das Ausström-Absperrorgan (VP) betätigt.

·'(·. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede der dritten elektronischen Schaltungen (26) zur "utifachai fon" RegeLimg umfaßt einen Operationsverstärker (?'O mit zwei Eingängen und einem Ausgang, eine mit dem negativem Eingang und dem Ausgang des Operationsverstärkers (7-t) verbundene Widers tandsbrilcke, einen mit dem positiven Eingang und einem SchweILenwerteinstelipotentionieter (76) verbundenen Feldeffekttransistor (75), dessen Tor mit dem Ausgang des Operationsverstärkers (7^0 verbunden "u L, und Anschlüsse (A , A_ri), die den Ausgang des Ver-

2 0 OR Ml/08 3 7

stärkers über die zweiten elektronischen Schaltungen mit den Einspeisungs- und Ausström-Absperrorganen verbinden, wobei dabei der positive Eingang ein Signal empfängt, das der Differenz des Sollwertes und des durch das Massenspektrometer (21) angezeigten Druckes entspricht.

5· Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 und 3» dadurch gekennzeichnet, daß die erste elektronische Schaltung (2k) mit jeder der zweiten elektronischen Schaltungen (25) zur Regelung verbunden ist und. daß die erste elektronische Schaltung (2k) umfaßt eine Zählschaltung, die die Signale an den Einspeisungs- und Ausström-Schaltungen empfängt und speichert, und eine Schaltung, die einen Locher steuert, in dem die gespeicherten Signale gelocht sind.

209883/0837