CH387752A - Verfahren und Einrichtung zur Regelung einer durch elektrische Schwingungen veränderliche Frequenz dargestellten Grösse eines Vorganges - Google Patents

Verfahren und Einrichtung zur Regelung einer durch elektrische Schwingungen veränderliche Frequenz dargestellten Grösse eines Vorganges

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CH387752A
CH387752A CH837060A CH837060A CH387752A CH 387752 A CH387752 A CH 387752A CH 837060 A CH837060 A CH 837060A CH 837060 A CH837060 A CH 837060A CH 387752 A CH387752 A CH 387752A
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Description


  
 



  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.   

Claims (1)

  1. PATENTANSPRÜCHE I. Verfahren zur Regelung einer durch elektrische Schwingungen veränderlicher Frequenz dargestellten Grösse eines Vorganges, dadurch gekennzeichnet, dass als für den Istwert der Vorganggrösse charakteristischer Wert die Änderung der in der Form einer Impulsfolge dargestellten Frequenzdifferenz (f-f) der variablen Schwingung und einer Messschwingung von konstanter Messfrequenz (. 2) gewählt und mit einer den Sollwert repräsentierenden Referenzimpulsfolge verglichen und der Unterschied der Regelung zugrunde gelegt wird.
    II. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass ein Impulszähler (7) nach Massgabe einer Steuervorrichtung (10) mit Mitteln (1, 2) zur Erregung der variablen Schwingung und der Messschwingung und Mitteln (3-5) zur Erzeugung der die Frequenzdifferenz darstellenden Impulsfolge sowie mit Mitteln (8) 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 Refelenzgrösse zugezählt und schliesslich der Zählerinhalt als Impulsfolge dargestellt wird.
    UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungen der Frequenzdifferenz in eine Folge von einzelnen Impulsen gleicher oder proportionaler Frequenz umgewandelt werden, dass während eines ersten Zeitintervalls ein erster und während eines zweiten Zeitintervalls ein zweiter Impulszug endlicher Länge jeweils im entgegengesetzten Zählsinn ausgezählt wird, und dass dann durch Auszählen und Vergleich des Zählerinhaltes mit einer digitalen Referenzgrösse die Regelgrösse gewonnen wird.
    2. Einrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zähler (7) vorbestimmter Stellenzahl vorgesehen ist, der imstande ist, Impulse in positiver und negativer Zählrichtung zu akkumulieren und der nach Massgabe der Steuervorrichtung (10') mit Mitteln (6) in Wirkungsverbindung steht, welche imstande sind, aus der die Frequenzdifferenz darstellenden Impulsfolge endliche Impulszüge dem Zähler zuzuführen, wobei die in den aufeinanderfolgenden Zeitintervallen dem Zähler zugeführten Impulszüge in der einen bzw.
    in der anderen Zählrichtung modulo der vorgegebenen Stellenzahl akkumuliert werden, dass ferner die Mittel zur Darstellung des Zählerinhaltes so ausgebildet sind, dass beim Rückstellen des Zählers auf Null gleichzeitig eine Folge von definierten Impulsen erzeugt wird, zu deren Darstellung als Stellgrösse weitere Mittel (11) vorhanden sind.
    3. Einrichtung nach Patentanspruch II, zur Regelung eines Aufdampfprozesses, dadurch gekennzeichnet, dass für die Erregung einer sich mit dem Fortschreiten des Aufdampfprozesses verändernden ersten Schwingungsfrequenz (f) eine erste Oszillatorschaltung (1) mit einem in seiner Eigenfrequenz durch den Verdampfungsvorgang beeinflussbaren frequenzbestimmenden Glied (la) und zur Erregung der zu Messzwecken dienenden zweiten Schwingungsfrequenz (f) eine zweite Oszillatorschaltung (2) vorhanden sind und dass beide Oszillatorschaltungen mit ihren Ausgängen an eine Mischstufe (3) angeschaltet sind, an welche zur Aussiebung der aus den zwei Schwingungsfrequenzen gebildeten Differenzfrequenz (f2-f) ein Filter (4) und zwecks Erzeugung der Impulsfolge (df)
    mit einer zur Differenzfrequenz korrespondierenden Folgefrequenz eine Triggerschaltung (5) nachgeschaltet sind.
    4. Einrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die die Differenzimpulsfolge führende Leitung an eine erste Toreinheit (6) angeschlossen ist, welche die zugeführten Impulse nach Massgabe der Steuervorrichtung (10) an den Impulszähler (7) weiterleitet, welcher nach Massgabe von Mitteln (Leitungen 13 und 15) zur Signalisierung des Zählsinnes die durchgelassenen Impulse entweder positiv oder negativ akkumuliert.
    5. Einrichtung nach Unteranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung einen Impulsgenerator (110) enthält, der jeweils zu Beginn dreier aufeinanderfolgenderZeitabschnitte Steuersignale (tal, Atp, als3) aussendet, und dass den beiden ersten Steuersignalen (Alt1, Alt2) jeweils eine auf das betreffende Steuersignal ansprechende, mit der Toreinheit (6) und mit den Zählsinnsignalisierungsmitteln in Wirkungsverbindung stehende Steuermittelgruppe (E, A, B) zugeordnet ist, welche beim Auftreten des betreffenden Signals die Toreinheit (6) öffnet und den Zählsinn des Impulszählers (7) beim ersten Signal (Alt1) in die eine und beim zweiten Signal (ast)
    in die andere Richtung steuert.
    6. Einrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass eine auf das das dritte Zeitintervall einleitende Signal (t3) ansprechende Steuermittelgruppe (F, C) vorgesehen ist, welche mit einem einen einstellbaren Sollwert (Alfr er) signalisierenden Referenz- zählwer k (8), einem ersten Impulsdurchlasstor (GC) und mit Zählsinnsignalisierungsmitteln derart in Wirkungsverbindung steht, dass nach Eingang dieses Steuersignals (als3) das Impulsdurchlasstor eine dem Sollwert entsprechende Zeitdauer geöffnet ist und dementsprechend eine bestimmte Anzahl von Impulsen aus einer ebenfalls von dem Impulsgenerator der Steuervorrichtung erzeugten Referenzimpulsfolge fester Folgefrequenz (frei) hindurchgelassen wird,
    welche Impulse (ilfref) nach Massgabe der Zählsinnsignalisierungsmittel im Impulszähler (7) akkumuliert werden.
    7. Einrichtung nach Unteransprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die drei Steuersignale (zelt1, als2, At3) durch drei aufeinanderfolgende Impulse einer vom Impulsgenerator erzeugten zweiten Impulsfolge fester Folgefrequenz gebildet sind, welche Folgefrequenz jedoch kleiner ist als die feste Folgefrequenz (frer) der Referenzimpulsfolge.
    8. Einrichtung nach Unteranspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzimpulsfolge sowohl dem ersten Impulsdurchlasstor (GC) als auch dem Referenzzählwelk (8) zugeführt wird, und dass das Referenzzählwerk durch die einzelnen Impulse dieser Impulsfolge beständig weitergeschaltet wird.
    9. Einrichtung nach Unteranspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Referenzzählwerk (8) während des ständigen Umlaufens jeweils beim Durchgang durch die Nullstellung und beim Durchgang durch die eingestellte Sollwertstellung (Afrof) ein Signal abgibt.
    10. Einrichtung nach Unteranspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der dem dritten Steuersignal (Alt3) zugeordneten Steuermittelgruppe (F, C) eine weitere, auf das Sollwertsignal des Referenzzählwerkes (8) und auf das die Rückkehr in die Nullstellung des Impulszählers (7) anzeigende Signal ansprechende Steuer mittelgruppe (D) nebengeordnet ist, welche mit einem die Impulse der Referenzimpulsfolge (frer) an den Impulszähler (7) weiterleitenden zweiten Impulsdurchlasstor (GD) und über die Vorzeichenabtastmittel des Impulszählers (7) mit den Zählsinnsignalisierungsmitteln derart in Wirkungsverbindung steht, dass das zweite Impulsdurchlasstor zwischen dem Sollwertsignal des Referenzzählwerkes (8) und dem Nullstellungssignal des Impulszählers (7) geöffnet und der Zählsinn der Impulsakkumulation im Zähler (7)
    dem Zählerinhaltvorzeichen entgegengesetzt gerichtet ist, wobei die Referenzimpulsfolge gleichzeitig durch das zweite Impulsdurchlasstor (GD) einer durch den Impulszähler (7) gesteuerten Ausgangstoreinheit (9) zugeführt wird.
    11. Einrichtung nach Unteranspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass in der Ausgangstoreinheit (9) zwei Gatter (cd1, G92) vorgesehen sind, von denen entsprechend dem jeweiligen Zählerinhaltvorzeichen nach Massgabe der Vorzeichenabtastmittel jeweils höchstens eines zum Zwecke des Durchschleusens einer die Regelgrösse darstellenden Anzahl von Impulsen aus der Referenzimpulsfolge geöffnet ist.
    12. Einrichtung nach Unteranspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass für die Ausgangstoreinheit (9) zwei Ausgangsleitungen (91, 92) vorgesehen sind, wobei eine positive Regelgrösse durch einen Impulszug auf der einen, eine negative Regelgrösse durch einen Impulszug auf der anderen Ausgangsleitung dargestellt wird.
    13. Einrichtung nach Unteranspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Ausgangsleitung (91) an die Kathode einer ersten Diode (Dgl) und die zweite Ausgangsleitung (92) an die Anode einer zweiten Diode (D83) angekoppelt sind, dass die Kathode der ersten Diode auf positivem und die Anode der zweiten Diode auf negativem Potential liegen, dass die Anode der ersten Diode und die Kathode der zweiten Diode miteinander verbunden und an eine Integrationsschaltung (All) angeschlossen sind, an deren Ausgang (96) dann eine analoge Regelgrösse zur Steuerung des Vorganges zur Verfügung steht.
    14. Einrichtung nach Unteranspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (Schaltgruppen 93, 94) zur Signalisierung des Nullstellungssignals des Impulszählers (7) mit auf dieses Signal ansprechenden Rückstellmitteln (Leitungen 23, 24) in Wirkungsverbindung stehen, so dass der Impulszähler (7) und die dem ersten Steuersignal (ate) zugeordnete Steuermittelgruppe wieder in definierte Ausgangslagen zurückversetzt werden.
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