Verfahren und Einrichtung zur Regelung einer durch elektrische Schwingungen veränderliche Frequenz dargestellten Grösse eines Vorganges
Es ist eine Vielheit von Verfahren bekannt, einen durch Messgrössen erfassbaren Vorgang in bezug auf einen gewünschten Sollzustand zu steuern. Im allgemeinen werden bei diesen Methoden physikalische (analoge) Messgrössen (z. B. elektrische Spannungen, Ströme, Frequenzen usw.) verwendet, und man bedient sich analoger Techniken zur Ermittlung der Regel- oder Steuergrösse. Dabei wird man häufig vor das Problem gestellt, die Differenz zweier ihrem Absolutwert nach grosser, in ihrer Grösse sich jedoch nicht wesentlich unterscheidender analoger Messgrössen mit möglichst grosser absoluter Genauigkeit zu ermitteln.
Diese Forderung kann mit analogen Messverfahren nur in unbefriedigender Weise erfüllt werden, da der zu ermittelnde Differenzwert meist schon in der Grössenordnung des den analogen Verfahren anhaftenden relativen Messfehlers liegt und eine hohe absolute Genauigkeit für die Regelgrösse deshalb aus prinzipiellen Gründen gar nicht erzielt werden kann.
Erfindungsgemäss zeichnet sich das Verfahren zur Regelung einer durch elektrische Schwingungen ver änderlicher Frequenz dargestellten Blösse eines Vorganges dadurch aus, dass als für den Istwert der Vorganggrösse charakteristischer Wert die Änderung der in der Form einer Impulsfolge dargestellten Frequenzdifferenz der variablen Schwingung und einer Messschwingung von konstanter Messfrequenz gewählt und mit einer den Sollwert repräsentierenden Referenzimpulsfolge verglichen und der Unterschied der Regelung zugrunde gelegt wird.
Weiterhin ist eine Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens Gegenstand des vorliegenden Patentes. Gemäss der Erfindung zeichnet sich diese Einrichtung dadurch aus, dass ein Impulszähler nach Massgabe einer Steuervorrichtung mit Mitteln zur Erregung der variablen Schwingung und der Messschwingung und Mitteln zur Erzeugung der die Frequenzdifferenz darstellenden Impulsfolge sowie mit Mitteln zur Darstellung der Referenzimpulsfolge und mit Mitteln zur Darstellung des Zählerinhaltes in der Form einer Folge von definierten Impulsen derart in Wirkungsverbindung steht, dass die jeweilige Frequenzdifferenz in zwei aufeinanderfolgenden Zeitintervallen jeweils mit einem anderen Vorzeichen ausgezählt, dem Resultat, mit dem jeweils entgegengesetzten Vorzeichen, die Referenzgrösse zugezählt und schliesslich der Zählerinhalt als Impulsfolge dargestellt wird.
Eine Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung, in welcher ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Einrichtung schematisch dargestellt ist, näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 das Blockdiagramm der Einrichtung,
Fig. 2 ein detailliertes Schaltbild und
Fig. 3 die Schaltung zur Ermittlung einer Stellspannung aus einem die Regelabweichung repräsentierenden Impulszug.
Der Einfachheit und der grösseren Klarheit halber wird das die nachfolgenden Erläuterungen anbelangtangenommen, dass es sich um die Steuerung eines Aufdampfprozesses handelt, bei welchem beispielsweise ein ferromagnetisches Metall oder eine ferromagnetische metallische Verbindung verdampft, welche sich in der Form eines dünnen magnetischen Belages auf einen Träger niederschlägt. Selbstverständlich sind durch Angabe dieses Beispiels der Anwendung der Erfindung auf andern Gebieten keine Grenzen gesetzt.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Einrichtung sind Quarzkristalle la und 2a vorhanden, welche jeweils in an und für sich bekannter Weise das frequenzbestim mende Glied einer Oszillatorschaltung 1 bzw. 2 bilden.
Die Anordnung ist so abgestimmt, dass in beiden Oszil latorkreisen 1 und 2 zu einem Anfangszustand, z. B. vor dem Verdampfungsvorgang, Schwingungen von gleicher oder zumindest annähernd gleicher Frequenz erregt werden. Die Frequenzen dieser Schwingungen können beispielsweise einige 100 kHz oder MHz be tragen. Die Frequenz in der Oszillatorschaltung 2 dient als im wesentlichen konstante Bezugs- oder Mess frequenz und bleibt also sinngemäss während des ganzen zu steuernden Vorganges unbeeinflusst. Dem gegenüber ist der Quarzkristall 1 a den Metall dämpfen ausgesetzt, welche sich auf ihm nieder schlagen. Durch die damit verbundene Volumenver grösserung ändert sich die Eigenfrequenz dieses Kristalls und damit auch die Frequenz der Schwingungen in der
Oszillatorschaltung 1.
Mit fortschreitender Auf dampfung wird diese Frequenz immer kleiner, wobei die laufend wachsende Abweichung von der bekannten
Messfrequenz der Oszillatorschaltung 2 ein Mass für das
Fortschreiten der Aufdampfung bildet. Zur Fest stellung dieser Abweichung werden die Schwingungen der Oszillatorkreise 1 und 2 einer Mischstufe 3 zugeführt. In einem Tiefpassfilter 4 wird die Differenz f2-f1 der Grundfrequenzen aus dem Frequenzspektrum der Mischstufe ausgesiebt. Durch diese Differenzbildung werden gleichzeitig eventuelle unerwünschte Parameter schwankungen (z. B. Temperaturänderung), denen beide frequenzbestimmenden Glieder la und 2a unterworfen sind, kompensiert.
Die Sinusschwingungen dar Differenzfrequenz f2-f1 gelangen alsdann in eine Triggerstufe 5, in welche sie, gegebenenfalls bei gleichzeitiger Frequenzvervielfachung (z. B. Frequenzverdopplung in einem Schnmitt- Trigger) in eine Folge von einzelnen Impulsen der Frequenz zIf n (f2-f1) umgewandelt werden. Man wird die Schaltung zweckmässigerweise so auslegen, dass die Folgefrequenz Af die ja während des zu steuernden Vorganges im allgemeinen variiert, in der
Grössenordnung von einigen tausend bis einigen hun derttausend Hertz liegt.
Diese Impulsfolge mit der infolge der fortschreitenden Aufdampfung zeitlich variierenden (ansteigenden) Folgefrequenz Af wird nun einer Torschaltung 6 zugeführt. Das Tor 6 wird durch eine in ihrer Gesamtheit mit 10 bezeichneten Steuervorrichtung in später noch näher zu erläuternder Weise derart betätigt, dass von den beständig ankommenden Impulsen (Impulsfolge) während zweier aufeinanderfolgender, gleich langer Zeitintervalle At1 und At gewisse Anzahlen von Impulsen (Impulszüge) durch das während dieser Zeiten geöffnete Tor 6 zu einem Impulszähler 7 gelangen.
Wie in der Zeichnung angedeutet, wird der während des ersten Zeitintervalls A t1 durch das Tor 6 durchgelassene Impulszug, d. h. die in ihm enthaltene Anzahl von Einzelimpulsen, mit #f1 bezeichnet, zur Unterscheidung von Impulszug z42, welcher sinngemäss während des zweiten Zeitintervalls A t2 das Tor 6 passiert.
Der Impulszähler 7 akkumuliert die ihm in den Impulszügen #f1 bzw. f zugeführten einzelnen Impulse, wobei - wie dies mit dem Pfeil 101 angedeutet wurde - der Zählsinn des Impulszählers 7 und damit das Vorzeichen der Zählung durch die Steuervortich- tung 10 beeinflusst wird. Grundsätzlich gilt beim Auszählen der beiden nacheinander eintreffenden Impulszüge jeweils das andere Vorzeichen.
Im vorliegenden Falle, da Af2 grösser als #f1 ist, erfolgt die Akkumulation des Impulszuges #f1 mit negativem, und anschliessend die Akkumulation des Impulszuges Af mit positivem Zählsinn, mit dem Resultat, dass dabei die Differenz der in den Impulszügen Jfi und Alf2 enthaltenen Anzahl von Einzelimpulsen gebildet wird.
Anschliessend auf den Zeitabschnitt dt2 leitet die Steuervorrichtung 10 einen dritten Zeitabschnitt n t, - wie dies in der Zeichnung mit dem gleichnamigen Pfeil angedeutet ist - ein, indem die SteuervorrichtunS 10 ein Zählwerk 8 in Funktion setzt. Dieses, nachfolgend ebenfalls noch näher zu beschreibende Zählwerk 8 enthält eine darin eingegebene Referenzgrösse, welche den Sollzustand des mit Hilfe der Einrichtung zu kontrollierenden Vorganges repräsentiert. Diese Referenzgrösse oder mit anderen Worten: der Sollzustand muss nun mit der im Impulszähler 7 gebildeten Impulszahldifferenz, d. h. mit dem beim Fortschreiten des Vorganges tatsächlich erreichten Zustand verglichen und die hieraus ermittelte Abweichung zur Bestimmung der Regelgrösse herangezogen werden.
Es versteht sich, dass zu diesem Zwecke die Referenzglösse im Zählwerk 8 ebenfalls als eine bestimmte Anzahl von Einzelimpulsen, z. B. als Impulszug derer dargestellt wird, welcher während des Zeitabschnittes St3 dem Impulszähler 7 zugeführt wird. Die Einzelimpulse des Impulszuges 2. frei werden vom Impulszähler 7 ebenfalls akkumuliert, und zwar wird - wiederum mittels der Steuervorrichtung 10 - der Zählsinn so bestimmt, dass absolut gesprochen - die Differenz zwischen dem vorhergehend gebildeten Zählerinhalt (Alf > - Alf) und der Referenzgrösse, die durch den Impulszug #fref dargestellt ist, gebildet wird.
Der Impulszug Äfrof wird daher jeweils mit einem dem Resultat der vorhergehenden Akkumulation entgegengesetzten Akkumulationssinn in den Impulszähler 7 eingeführt. Der auf diese Weise ermittelte Absolutbetrag der Abwei chung ist also |d| = ++(#f2-#f1)|-#fref|; hinsicht- lich ihres Vorzeichens kann die Abweichung d grundsätzlich eine positive oder eine negative Grösse sein.
Nach Ermittlung der Abweichung d wird - ebenfalls während des Zeitintervalls J #t3-der Impulszähler 7 durch stellenweises Rückzählen auf Null zurückgestellt. Während der Dauer dieses Rückstellprozesses wird vom Zähler 7 über die Leitung 71 ein Steuersignal, z. B. ein Einzelimpuls entsprechender Dauer oder ein Impulszug entsprechender Länge dt einem Tor 9 zugeführt. Die Zeitdauer dt der Wirksamkeit dieses Steuersignals ist offensichtlich dem Absolutbetrag der Abweichung 1 dl proportional. Dieses Steuersignal öffnet das Tor 9, welches hierbei eine zu |d| proportionale Anzahl von Impulsen aus einer über die Leitung 109 ankommenden Impulsfolge hindurchlässt.
Diese Impulse, die z. B. in einem Taktgeber der Steuervorrichtung 10 generiert werden, haben eine feste Taktfrequenz. Je nachdem, ob der Impulszähler 7 von einem positiven oder negativen Wert ausgehend nach Null zurückgestellt wird, werden die dem Tor 9 über die Leitung 109 zugeführten Impulse in der Ausgangsleitung als positive bzw. negative Impulse wirksam.
Das Vorzeichen des Inhalts des Impulszählers, d. h. das Vorzeichen der Abweichung d wird über eine Steuerleitung 70 - in Fig. 1 symbolisch dargestellt dem Tor 9 mitgeteilt, so dass dieses tatsächlich einen für die Abweichung hinsichtlich Absolutbetrag und Vorzeichen charakteristischen Impulszug durchlässt.
Dieser Impulszug - symbolisch durch id dargestellt wird nun einem summarischmit 11 bezeichneten Steuergerät übermittelt, welches aus dem Impulszug, z. B. in einer Miller-Integratorschaltung eine für die Beeinflussung des Vorganges geeignete analoge Regelgrösse bildet, wie unter Bezugnahme auf Fig. 3 noch genauer erklärt werden wird. Vorzugsweise übt das Steuergerät 11 die Funktion eines Digital-Analog-Wandlers aus, so dass aus dem eine digitale Regelgrösse darstellenden Impulszug eine analoge Regelgrösse, z. B. ein elektrischer Strom bestimmter Stärke oder eine elektrische Spannung von charakteristischer Höhe usw., hergestellt wird, welche dann den zu regelnden Prozess in unmittelbarer Weise zu beeinflussen gestattet.
Kurz zusammengefasst: die sich im Laufe des zu steuernden Aufdampfprozesses verändernde Frequenz der Schwingungen in der Oszillatorschaltung 1 wird durch Überlagerung mit der konstanten Frequenz der Schwingungen in der Oszillatorschaltung 2 gemischt, und die dabei gebildete Differenzfrequenz wird als entsprechende Folgefrequenz einer Impulsfolge dargestellt; in zwei aufeinanderfolgenden Zeitabschnitten werden aus dieser Impulsfolge zwei Impulszüge ausgewählt und die in ihnen enthaltenen Einzelimpulse in einem Zähler ausgezählt. Das Resultat dieses digitalen Zählvorganges gibt Aufschluss über die Änderung der Differenzfrequenz, d. h. über das Fortschreiten der Aufdampfung, genauer: über die Zunahme der Menge des niedergeschlagenen, verdampften Materials, also über die Aufdampfrate. Man vergleicht dieses Ergebnis mit einer die gewünschte Aufdampfrate repräsentierenden Referenzgrösse.
Die festgestellte Abweichung vom Sollwert gestattet somit eine Steuerung des Verdampfungsvorgangs mit Hinblick auf das erwünschte Resultat.
In der Fig. 2 ist nun der Aufbau und die Schaltung eines das Tor 6, den Impulszähler 7, das Zählwerk 8, das Tor 9 und die Steuervorrichtung 10 umfassenden Teiles der Einrichtung dargestellt, wobei die Steuermittel, welche die einzelnen Organe gemäss dem vorerwähnten Programm steuern, detailliert gezeigt sind.
Der Einfachheit und der Zweckmässigkeit halber wird der Aufbau und die Wirkungsverbindung der einzelnen Organe Hand in Hand mit der Beschreibung ihrer Funktion erläutert'
Wie aus der Zeichnung ersichtlich, umfassen die Steuermittel eine Anzahl Flip-Flop-Schaltungen, welche von links nach rechts der Reihe nach mit E, A, B, F, C und D bezeichnet sind. Bei den Flip-Flop-Schaltungen sind unten die beiden Umsteuerleitungen und oben die beiden Impulsleitungen angeschlossen, wobei angenommen wird, dass die rechte Umsteuerleitung (Tastleitung) die entsprechende Flip-Flop- Schaltung aktiviert und die linke Umsteuerleitung (Löschleitung) die Flip-Flop-Schaltung zurückschaltet.
Es wird ferner angenommen, dass die rechte Impulsleitung einer aktivierten Flip-Flop-Schaltung eine positive und die linke Impulsleitung eine negative Spannung führt und entsprechend wird in der nachfolgenden Beschreibung die rechte Impulsleitung auch als positive und die linke Impulsleitung auch als negative Impulsleitung bezeichnet.
Des weiteren enthält die Schaltung von Fig. 2 eine Anzahl von Torschaltungen oder Gattern G, Verstärkern V, Kathodenfolgestufen K, Multivibratoren M und logischen Verknüpfungsschaltungen (UND, ODER), welch letztere durch die entsprechenden genormten Symbole dargestellt sind. Alle diese Schaltungen sind dem Fachmann bekannt und brauchen somit nicht näher erklärt zu werden.
Zu Beginn des hier zu betrachtenden Vorganges istso wird angenommen - die Flip-Flop-Schaltung E aktiviert, wobei sie durch die positive - hier im übrigen die einzige - Impulsleitung ein Tor GE offenhält. Nun gelangt ein den Beginn des Zeitabschnittes St1 bestimmender gleichnamiger Impuls, der in einem Taktgeber oder Impulsgenerator 110 erzeugt wird, über die Leitung 102 und das offene Tor GE in die Löschleitung der Flip-Flop-Schaltung E sowie in die Tastleitung der Flip-Flop-Schaltung A. Entsprechend der vorerwähnten Annahme wird dabei die Flip-Flop Schaltung E zurückgeschaltet und damit das Tor GE geschlossen, und gleichzeitig wird die Flip-Flop- Schaltung A aktiviert, so dass deren rechte und linke Impulsleitungen die entsprechenden positiven bzw. negativen Spannungen führen.
Die in der positiven Impulsleitung der Flip-Flop-Schaltung A zugeführte Spannung bewirkt zunächst das Öffnen eines Tores GA und gleichzeitig durch eine mit der positiven Impulsleitung verbundene Leitung 12 das Offnen eines Gatters G91, welches einen Teil der vorerwähnten Toleinheit 6 (Fig. 1) darstellt. Durch das geöffnete Gatter G01 gelangt nun eine gewisse Anzahl von Einzelimpulsen der Impulsfolge df über die ODER Schaltung 63 und den Kathodenfolger K6 in den binären Impulszähler 7, wo die Impulse während der Dauer des Zeitabschnittes Alt1 akkumuliert werden. Das Vorzeichen der Zählung wird durch die in der negativen Impulsleitung der Flip-Flop-Schaltung A geführte Spannung bestimmt.
Diese Spannung bestimmt über die ODER-Schaltung 131, den Verstärker V13 und den Kathodenfolger K15 das Potential in der Leitung 13, was weiterhin zur Folge hat, dass der Zähler 7 während des Zeitabschnittes zltl, d. h. bei der Auszählung der Impulsfolge Alf1 negativ zählt. Dieser Sachverhalt ist in der Zeichnung symbolisch durch das - -Zeichen angedeutet.
Was nun den Impulszähler 7 selber anbelangt, ist zu %bemerken, dass er in an sich bekannter Weise eine Anzahl Flip-Flop-Zählstufen, im vorliegenden Falle acht solche Stufen I bis VIII umfasst. Die Kapazität des Zählers beträgt 28 = 256. Sie ist selbstverständlich wenigstens zweimal so gross zu wählen, wie die überhaupt mögliche grösste Abweichung d betragen kann.
Natürlich übersteigt die Gesamtzahl der auszuzählenden Einzelimpulse jeder der Impulszüge afi und Alf2 die Zählerkapazität bei weitem, doch bleibt dieser Umstand ohne Bedeutung, da sich Alf1 und Alf absolut gesehen - nur wenig voneinander unterscheiden, so dass das Resultat der zuerst mit negativem und dann mit positiven Vorzeichen modulo 256 erfolgenden Zählungen letzten Endes doch innerhalb der Zählerkapazität liegen wird. Der Aufbau und die Funktion desImpulszählers 7 scheint keiner weiterenErläuterungen zu bedürfen, da er von konventioneller Anordnung ist.
Es sei lediglich bemerkt, dass der eigentliche Nullpunkt des Impulszählers 7 bei 128 liegt. Die negativen Zahlen sind daher - wie dies dem Fachmann ohne weiteres klar ist - durch die eine und die positiven Zahlen durch die andere Stellung der letzten Flip-Flop-Zählstufe VIII des Impulszählers gekennzeichnet.
Beim Ablauf des Zeitabschnittes Stl gibt der Taktgeber 110, welcher einen Teil der Steuervorrichtung 10 von Fig. 1 bildet, durch die Leitung 102 einen weiteren, den Beginn des Zeitabschnittes z1 t2 bestimmenden gleichnamigen Impuls, welcher, wie im Schaltbild von Fig. 2 angedeutet, durch das geöffnete Tor GA in die Löschleitung der Flip-Flop-Schaltung A und in die Tastleitung der Flip-Flop-Schaltung B gelangt. Die Flip-Flop-Schaltung A wird dadurch zurückgeschaltet, so dass das Tor GA und das Gatter G61 geschlossen werden. Damit hört die Impulszählung im Zähler 7 in negativem Zählsinn auf.
Gleichzeitig wird jedoch die Flip-Flop-Schaltung B aktiviert, wobei die in der positiven Impulsleitung dieser Schaltung geführte Spannung zu einem Tor GB und durch eine Leitung 14 zu einem weiteren Gatter G62 der Toreinheit 6 gelangt, wodurch das Tor GB und das Gatter G62 geöffnet werden. Aus der Impulsfolge df gelangt nun der Impulszug Alf durch das Gatter GO2 in den Impulszähler 7, wo die Impulse (nun in entgegengesetzter Richtung wie vorhin) akkumuliert werden. Das Vorzeichen dieser Zählung wird durch die in der negativen Impulsleitung der Flip-Flop-Schaltung B geführte Spannung bestimmt, welche über eine ODER-Schaltung 151 und nach entsprechender Verstärkung im Verstärker V15 und im Kathodenfolger K1s das Potential der zum Zähler 7 führenden Leitung 15 festlegt.
Die Zählung erfolgt - wie erwähnt - während des Zeitabschnittes Alt2 in positivem Sinne; dies ist in Fig. 2 symbolisch durch das zur Leitung 15 angeschriebene Q -Zeichen gekennzeichnet. Am Ende des Zeitabschnittes Alt2 steht der Impulszähler 7 somit in einer Stellung, welche die Differenz der in den Impulszügen Alf und Alf2 enthaltenen Anzahl von Einzelimpulsen angibt. Das Ende des Zeitabschnittes t2 und der
Beginn des Zeitabschnittes At3 wird durch einen vom
Taktgeber 110 über die Leitung 102 ausgesandten Al t3-Impuls bestimmt, welcher durch das geöffnete
Tor GB in die Löschleitung der Flip-Flop-Schaltung B und in die Tastleitung der Flip-Flop-Schaltung F gelangt.
Die Flip-Flop-Schaltung B wird damit zurück geschaltet, so dass das Tor GB und das Gatter G62 geschlossen werden; damit hört die Impulszählung im Zähler 7 in positivem Zählsinn auf.
Der Al t5-Impuls gelangt auch in die Tastleitung der
Flip-Flop-Schaltung F und aktiviert diesen Flip-Flop.
Dies ist jedoch in bezug auf die nachgeschaltete Flip
Flop-Schaltung C, die mit ihrer Tastleitung mit der rechten - hier einzig vorhandenen - Impulsleitung der
Flip-Flop-Schaltung F verbunden ist, ohne Effekt. Es wird hierbei eine an sich bekannte Schaltungstechnik angewendet, indem erst durch das Zurückschalten des
Flip-Flops F (nicht durch dessen Aktivierung) der nachgeschaltete Flip-Flop C aktiviert wird; durch diese
Hintereinanderschaltung zweier Flip-Flops erzielt man einen Verzögerungseffekt.
Die Löschleitung der Flip-Flop-Schaltung F ist mit dem Zählwerk 8 verbunden, welches, wie in der Zeichnung angedeutet, zwei im wesentlichen aus Kaltkathodenröhren bestehende Dezimalzählstufen DC1 und DC2 umfasst. Dem Zählwerk 8 wird eine Impulsfolge von einer bestimmten Taktfrequenzfrer aus dem Taktgeber oder Impulsgenerator 110 über die Leitungen 104 und 103 zugeführt. Es sei beispielsweise angenommen, dass diese Taktfrequenz 10 kHz beträgt. In dem Zählwerk 8 wird der frei wählbare Sollwert für die Aufdampfrate, d. h. die Referenzgrösse Afrof eingestellt, beispielsweise Alfrof = 26, d. h. der Einerschalter 83 steht auf dem Abgriff 6 und der Zehnerschalter 84 steht auf dem Abgriff 2.
Die Abgriffe 0 bis 9 der Zählstufen DC werden - wie dem Fachmann hinreichend bekannt ist - in Übereinstimmung mit den über die Leitung 103 ankommenden Impulsen in fortschreitender Reihenfolge gepulst. Die Schaltung ist so getroffen, dass das UND-Gatter 81 den Beginn und das UND Gatter 82 das Ende eines die Referenzgrösse kennzeichnenden Zeitintervalls signalisiert. Der den Beginn kennzeichnende Impuls wird über das UND-Gatter 81 und den Verstärker V85 der Löschleitung der Flip-Flop Schaltung F zugeführt, wodurch dieser Flip-Flop zurückgeschaltet wird. Wie erwähnt, führt das Zurückschalten der Flip-Flop-Schaltung Fzur Aktivierung der Flip-Flop-Schaltung C.
Im Grunde genommen beginnt somit die eigentliche Zähloperation im Zähler 7 während des durch den Al t3-Impuls eingeleiteten gleichnamigen Zeitabschnittes erst dann, wenn das beständig mit der hohen Folgefrequenz fref von z. B. 10 kHz umlaufende Zählwerk 8 in beiden Stufen gerade die Nullstellung durchläuft.
Die Flip-Flop-Schaltung C, die - wie oben erklärt sich nun im aktivierten Zustand befindet, öffnet vermittels ihrer rechten Impulsleitung das Tor GC und bewirkt vermittels der Spannung in ihrer linken Impulsleitung, die über die ODER-Schaltung 131, den Verstärker V13 und den Kathodenfolger K18 das Potential in der Leitung 13 bestimmt, eine Impulszählung im Zähler 7 in negativem Sinne. Durch das geöffnete Tor GC und die ODER-Schaltung 161 gelangen die über die Leitung 104 ausgesandten Taktimpulse der Folgefrequenz fref in eine Leitung 16 und schliesslich durch die ODER-Schaltung 63 und den Kathodenfolger K6 der Torschaltung 6 in den Impulszähler 7, wo sie zum Resultat der vorausgegangenen Zählung im negativen Sinne akkumuliert werden.
Diese in der Nullstellung des Zählwerkes 8 beginnende Zählung hört auf, wenn das UND-Gatter 82 das Ende des die Referenzgrösse darstellenden Zeitintervalls durch Impulsabgabe über den Verstärker V86 in die Löschleitung der Flip Flop-Schaltung C signalisiert; dadurch wird einmal über die rechte Impulsleitung das Tor GC geschlossen und zum anderen tritt eine Spannungsniveauändetung in der linken Impulsleitung des Flip-Flops C auf, die sich über das ODER-Gattel 131, die Verstärkerschaltung V13 und die Kathodenfolgerstufe K18 schliesslich auch in der Leitung 13 auswirkt. Infolgedessen hört der Impulszählvorgang im Zähler 7 auf. Jetzt steht dieser Zähler in einer die Abweichung dkennzeichnenden Stellung.
Beim Zurückschalten des Flip-Flops C gelangt durch dessen rechte Impulsleitung ein Signal in die Tastleitung der- Flip-Flop-Schaltung D, die damit aktiviert wird und das Tor GD öffnet. Die Aktivierung dieser letztgenannten Flip-Flop-Schaltung bedeutet den Beginn der Auszählung des Inhaltes des Impulszählers 7, d. h. der Ermittlung der Abweichung d. Die Taktimpulse in der Leitung 104 gelangen nun durch das ge öffnete Tor GD und über die ODER-Schaltung 161 in die Leitung 16 und damit schliesslich über die ODER Schaltung 63 und denKathodenfolgerK6 in den Impulszähler 7, welcher die eingehenden Impulse laufend abzählt. Das Vorzeichen dieses Abzählvorganges bestimmt sich aus dem Zählerinhalt; es ist dem Vorzeichen des Zählerinhalts entgegengesetzt.
Das Vorzeichen des Zählerinhaltes wird - wie bereits erwähnten jeweils durch die Stellung der letzten binären Zählstufe VIII des Impulszählers 7 signalisiert. Das entsprechende, durch die linke oder rechte Impulsleitung der letzten Zählstufe über die Kathodenfolger K19 bzw.
K20 ausgesandte Signal (d. h. die das Vorzeichen des Zählerinhalts signalisierende Spannung) gelangt, wenn gleichzeitig eine entsprechende Spannung auf der linken Impulsleitung der Flip-Flop-Schaltung D auftritt, über das UND-Gatter 181, Kathodenfolger K18, Leitung 18, ODER-Schaltung 151, Verstärker V15, Kathodenfolger K15 und Leitung 15, oder über das UND-Gatter 171, Kathodenfolger K17, Leitung 17, ODER-Schaltung 131, Verstärker V13, Kathodenfolger 1913 und Leitung 13 schliesslich zum Impulszähler 7. Gleichzeitig gelangt das durch die linke oder rechte Impulsleitung der letzten Zählstufe VIII des Zählers über die zugehörigen Kathodenfolger K19 bzw.
K20 ausgesandte Signal durch eine Leitung 19 bzw. 20 zu einem Gatter G82 oder zu einem Gatter G81 der Toreinheit 9, wodurch das entsprechende Gatter geöffnet wird. Dadurch wird der Weg für die 1-0-kHz-Taktimpulse fieigegeben, welche durch die Leitung 104, das geöffnete Tor GD, einen Verstärker V21 und eine Leitung 21 den Gattern G91 und G92 zugeführt werden. Je nachdem, welches der erwähnten Gatter offen ist, lässt die Toreinheit 9 über Multivibratoren M91 bzw. M92 Impulse entweder auf der Leitung 91 oder 92 durch, und zwar so lange, bis der Impulszähler 7 bei Auszählung des Zählerinhalts den Nullpunkt erreicht.
Dies macht sich bemerkbar durch das Umkippen der letzten Zählstufe VIII des Impulszählers 7, wobei in deren beiden Impulsleitungen Potentialänderungen auftreten: in einer Impulsleitung tritt eine Spannungsänderung von negativem zu positivem, in der anderen Impulsleitung, entsprechend umgekehrt, von positivem zu negativem Potential hin auf. Diese Spannungsänderung macht sich auch in den Leitungen 19 und 20 bemerkbar, welche mit zwei Dioden 93 und 94 verbunden sind.
Wegen des gesperrten Zustandes (hoher Durchlasswiderstand) der einen und des leitenden Zustandes (kleiner Durchlasswiderstand) der anderen Diode von den beiden Dioden 93, 94 weist die eine aus den Elementen: Kathodenfolgestufe Kl9, Diode 93, Widerstand R83 und Kapazität C85 bestehende Schaltungsanordnung gegenüber der aus den Elementen: Kathodenfolgestufe K20, Diode 94, Widerstand R94 und Kapazität C84 bestehenden Schaltungsanordnung eine wesentlich verschiedene Zeitkonstante auf.
Das hat zur Folge, dass in bezug auf die Leitung 22 die Spannungsänderung von negativem zu positivem Potential hin (gleichgültig, ob diese in der rechten oder linken Impulsleitung der Zählerendstufe VIII auftritt) eine steilere Impulsflanke aufweisen wird als eine entgegengesetzte Spannungsniveau änderung. Obwohl die betreffende Schaltung in ihrem Aufbau eine vollkommen symmetrische Anordnung zeigt, so ist sie jedoch in ihrer Funktion asymmetrisch.
Um diesen Zweck zu erzielen, können natürlich auch andere Schaltungen entworfen werden. Es kommt lediglich darauf an, dass in der Leitung 22 ein Signal immer dann auftritt, wenn die letzte Zählstufe VIII des Zählers 7 umschaltet, gleichgültig, in welcher Richtung diese Umschaltung erfolgt.
Das demnach beim Umschalten der letzten Zählerstufe VIII erzeugte, von der Umschaltrichtung unabhängige Signal gelangt durch die Leitung 22 zu dem durch die Flip-Flop-Schaltung D offen gehaltenen Tor G8 und dulch dieses Tor über einen Verstärker V24 in die Leitungen 23 und 24, d. h. in die Lösch mit einer neuen Ermittlung der Abweichung d begonnen werden.
Die Impulsfolgefrequenz für die über die Leitung 102 ankommenden Impulse ist beispielsweise 1 Hz; das heisst, dass die mit ZI tl, als2, d t3bezeichneten Impulse in gleichen Abständen von je einer Sekunde ankommen. Nach diesem Beispiel beträgt der gesamte Zyklus für die Ermittlung eines d-Wertes drei Sekunden.
Auf welche Weise aus einem eine negative Regel grösse darstellenden, auf der Leitung 91 ankommenden Impulszug bzw. aus einem eine positive Regelgrösse +d darstellenden, auf der Leitung 92 ankommenden Impulszug eine Regelspannung erzeugt werden kann, ist beispielsweise in Fig. 3 gezeigt. Die Leitung 91 ist über eine Kapazität C81 an die Kathode einer Diode Dgl angeschlossen. Diese Kathode liegt gleichzeitig über einen Widerstand R81 an positivem Potential.
Die Leitung 92 ist über eine Kapazität C82 an die Anode einer zweiten Diode D82 angeschlossen. Diese Anode liegt gleichzeitig über einen Widerstand R92 an negativem Potential. Die Anode der Diode D81 und die Kathode der Diode D82 sind gemeinsam mit einer Leitung 95 verbunden, welche an den Eingang einer Miller-Integratorschaltung MI geführt ist. Es ist klar, dass beide Dioden Dgl und D82 in einer Duodiode zusammengefasst werden können.
Die Miller-Integratorschaltung ist dem Fachmann bekannt und braucht somit nicht näher ausgeführt zu werden. Sie beruht auf dem Grundgedanken, einen Kondensator fester Kapazität durch Zuführen von Strömen bestimmter (evtl. variabler) Amplitude und gewisser zeitlicher Dauer (z. B. Impulsen) aufzuladen, d. h. den Strom in bezug auf die Zeit zu integrieren.
Die am Kondensator des Miller-Integrators liegende Spannung wird zweckmässigerweise über einen Kathodenfolger KMI an den Ausgang 96 weitergeleitet, wo sie als positive bzw. negative Regelspannung zur unmittelbaren Steuerung des Prozesses verwendet werden kann.
Wenn Rechteckimpulse mit positiven und negativen Amplituden auf der Leitung 91 ankommen, so bewirken die negativen Amplitudenanteile ein Herabsetzen des Kathodenpotentials der Diode Dgl. Dadurch wird die Diode leitend, der Eingang 95 wird negativ und der Kondensator des Miller-Integrators wird negativ aufgeladen; am Ausgang 96 tritt somit eine negative Regelspannung auf. Wenn Rechteckimpulse von der gleichen Form jedoch auf der Leitung 92 ankommen, so bewirken ihre positiven Amplitudenanteile ein Heraufsetzen des Anodenpotentials der Diode D82.
Jetzt wird diese Diode leitend, der Eingang 95 wird positiv und der Kondensator des Miller-Integrators wird positiv aufgeladen; am Ausgang 96 tritt somit eine positive Regelspannung auf. Abschliessend sei bemerkt, dass die Zeitkonstante der Miller-Integratorschaltung (im nichtleitenden Zustand der beiden Dioden Dgl, Dg2) sehr viel grösser sein muss als das Regelintervall (im beschriebenen Beispiel mit 3 Sekunden angenommen), damit eine möglichst gleichmässige Regelspannung zur Verfügung steht.