DE3133225A1

DE3133225A1 - Verfahren und einrichtung zur regelung eines analytischen ofens

Info

Publication number: DE3133225A1
Application number: DE19813133225
Authority: DE
Inventors: Richard B. Buchanan Mich. Haigh; George J. Stevensville Mich. Sitek
Original assignee: Leco Corp
Current assignee: Leco Corp
Priority date: 1980-09-24
Filing date: 1981-08-21
Publication date: 1982-05-06
Also published as: DE3133225C2; JPS5764163A; US4404461A

Description

Verfahren und Einrichtung zur·Regelung eines analytischen Ofens

Die Erfindung bezieht sich auf ein Ofentemperaturregelverfahren und eine Einrichtung zum Zwecke einer regelbaren Tomperaturanhebung eines analytischen Ofens auf vorhersagbare Weise, so daß sich ein Probegas aus verschiedenen Verbindungen getrennt erfassen läßt. ' "

Bei der Stahlherstellung ist es erforderlich, periodisch kleinere Proben ( , 1 bis 2 g) zu analysieren, um die Zu-. sammensetzung der Schmelze und besonders deren Sauerstoffgehalt festzustellen. Im Handel ist eine Vielzahl bekannter Analysierer erhältlich, mit denen sich eine- rasche Analyse solcher Proben durchführen läßt und der gesamte in einer gegebenen Probe enthaltene Sauerstoffgehalt ermittelt wird. Es ist aber auch wünschenswert, - zu bestimmen, von welcher spezifischen Verbindung der Sauerstoff stammt. So ist es beispielsweise wünschenswert, festzustellen, ob der Sauer-

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stoff von Verbindungen wie z. B. FeO, SiO , TiO , Al 0_ oder dergleichen in einer Stahl- oder Gußeisenlegierung während des Schmelzvorgangs oder anderer Verarbeitungsstufen bei der Stahlherstellung herrührt.

Ein bekanntes System in diesem Zusammenhang ist aus der DE-OS 27 55 587 bekannt, nach der ein optischer Detektor so angeordnet ist, daß er Strahlung aus der Verbrennungszone empfängt und dabei die Verbrennungstemperatur feststellt. Das Signal des optischen Detektors wird zur Regelung der Ofentemperatur in linearer Form mit einer Geschwindigkeit von 20 bis 350 C pro S verwendet. Obwohl ein solches System trennbare Sauerstoffspitzen für die verschiedenen, in einer Probe enthaltenen Sauerstoffverbindungen liefern wird, wird die durch den Detektor wahrgenommene Temperatur durch Schmelzverunreinigungen, wie z. B. in der Schmelzzone vorhandene Asche, ungünstig beeinflußt. Da das optische Fenster mit Verbrennungsnebenprodukten überzogen wird, wird die Genauigkeit der festgestellten und gemessenen Temperatur beeinträchtigt. Es kann somit nicht behauptet werden, daß ein solches Tempe- · raturmeßsystem in der Praxis genaue und wiederholbare Resultate bringt.

Durch die Erfindung soll ein für die Praxis geeigneteres Verfahren zur Regelung eines analytischen Ofens und eine zweckmäßige Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens geschaffen werden.

Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß mittels einer Stromquelle der dem Ofen zugeführte elektrische Heizstrom periodisch geändert wird, daß vorher festgelegte Zyklen einer Reihe von Zyklen mit sich periodisch ändern-, dem- Strom zur Speisung des Ofenheizelements ausgewählt

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werden, und daß die Anzahl von Zyklen in jeder Zyklenreihe des dem Heizelement zugeführten Stroms selektiv in einer festgelegten Weise gesteigert wird, so daß die dem Heizelement zugeführte Leistung sequentiell angehoben wird, wobei dann die Ofentemperatur in einer festgelegten Weise zunimmt.

Eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß eine elektrische Leistungsversorgungseinrichtung zur Versorgung des- Ofens mit sich periodisch änderndem Strom vorgesehen ist, daß mit der elektrischen Leitungsversorgungseinrichtung ein regelbares Schaltmittel· verbunden ist, daß ein Ofenheizelement mit der elektrischen Leistungsversorgungseinrichtung und dem Schaltmittel verbunden ist und daß mit dem Schaltmittei eine Regelschaltung verbunden, ist, die dieses Schaltmittel zur Abgabe eines festgelegten Musters mit . einer zunehmenden Zahl von Zyklen des Betriebsstroms für das Heizelement selektiv betätigt.

Das System nach der vorliegenden Erfindung ergibt eine Temperaturanhebung durch Regelung der dem Ofen·zugeführten Leistung in einer vorhersagbaren und auswählbaren Weise. ■ Da die Ofentemperatur direkt mit der zugeführten Leistung in Zusammenhang steht, kann die Schmelztemperatur über einen weiten Temperaturbereich festgestellt werden, so daß Sauerstoffspitzen für verschiedene Verbindungen ohne Rücksicht auf das Vorhandensein von Verunreinigungen in der Schmelzzone genau ermittelt werden können.

Das System nach der vorliegenden Erfindung verwendet ein Verfahren der stufenweisen Zuführung einer auswählbaren Kombination individueller Zyklen der Betriebsleistung für den Ofen, so daß der Leistungspegel und deshalb

auch die Ofentemperatur während eines Schmelzzyklus stufenweise steigt. Eine Einrichtung nach der Erfindung weist eine Regelschaltung zur Lieferung von Leistungsimpulsreihen an einen elektrisch betriebenen Ofen zur stufenweisen Steigerung des dem Ofen zugeführten Leistungspegels in einer vorher festgelegten und auswählbaren Folge auf. In einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung wird der Ofen in Verbindung mit einem Analysierer zur Erfassung der gasförmigen Nebenprodukte des Schmelzens benutzt/ wenn die Temperatur ansteigt, so daß sich eine Reihe erfaßbarer Spitzen entsprechend dem Gehalt des Probenmusters ergibt.

Die Erfindung sowie Weiterbildungen davon und Vorteile werden im folgenden anhand von Zeichnungen beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 eine Querschnittsansicht eines Ofens nach

der Erfindung, teilweise in Blockschaltbildform,

Fig. 2 ein teilweise in Blockschaltbildform dargestelltes elektrisches Schaltungsbild einer Regelschaltung nach der Erfindung,

Fig. 3 eine Tabelle mit einem Binärbitfeld, das zur Regelung der stufenweisen Leistungszuführung zum Ofen nach der Erfindung verwendet wird,

Fig. 4 ein Wellenform-Diagramm, in welchem ein Abschnitt des einen Leistungspegels des Systems nach der Erfindung dargestellt ist,

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Fig. 5 eine graphische Darstellung, in welcher

die Konzentration eines Probegases dargestellt ist, wenn die dem Ofen zugeführte Leistung gemäß der Erfindung schrittweise zunimmt,

Figο 6 ein Flußdiagramm der Programmierung eines Mikroprozessors, der in der Regelschaltung nach Fig. 2 benutzt wird.

Fig. 1 zeigt in einer Querschnittsansicht einen Ofen, der ein Regelsystem nach der Erfindung enthält. Der Ofen 10 weist eine obere Elektrode 12 und eine untere Elektrode 14 auf- zwischen denen sich eine Tiegelanordnung 15 befindet. Die Tiegelanordnung 15 weist einen Heiztiegel 16 und einen Probeaufnahmetiegel 18 auf, in dem eine, 1 bis 2 g-Probe 19 eingebracht ist. Die Tiegelanordnung 15 ist in einer gleichzeitig eingereichten Patentanmeldung detaillierter beschrieben (...-). Im folgenden wird die Graphit-Tiegelanordnung 15 kurz beschrieben. Der gewöhnlich zylindrische Heiztiegel 16 weist einen nach unten vorspringenden, in der Mitte liegenden Zentrierknopf 20 zur Zentrierung des Heiztiegels 16 auf einen Wolframlegierungs-Einsatz 13 auf, der mit der unteren Elektrode 14 verbunden ist. Der Rand des Heiztiegels 16 ist entlang seiner äußeren umlaufenden Kante 11 abgeschrägt, um eine ringförmige Kontaktoberfläche für den damit in Eingriff stehenden Einsatz 13 zu erreichen, so daß die Stromkontaktfläche die den herausragenden Knopf 20 umgebende,ringförmige Oberfläche ist. Der innere Boden des Heiztiegels 16 ist in halbkugelförmiger Weise gerundet, um die Stromquerschnittsfläche durch den Boden des Tiegels zur Erzie-

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lung einer gleichmäßigen Tiegelheizung zu verringern. Eine ringförmige, vorstehende Kante 22 ist am oberen Rand der halbkugelförmigen Vertiefung 21 des Heiztiegelbodens zur Abstützung des zylindrischen Probeaufnahmetiegels 18 vorgesehen. Der obere Rand des Heiztiegels 16 weist eine ringförmige, nach außen ragende Schulter 24 auf, die' in Eingriff mit einem ringförmigen Wolframlegierungs-Einsatz 26 steht, der mit der oberen Elektrode 12 verbunden ist. Der Tiegel 18 hat einen ebenen Außenboden 25 und einen halbkugelförmig gestalteten inneren Boden .27, um eine •Zentrierung der darin eingebrachten Probe 19 zu erreichen. Die Höhe der Wände des Tiegels.18 ist geringfügig kleiner als jene des Heiztiegels 16, so daß nur der Graphit-Tiegel 16 mit dem Kupferelektrodenpaar 12 und 14 über die obere ringförmige Schulter 24 bzw. über die ringförmige Oberfläche 23 in Eingriff steht.

In Fig. 1 sind die Elektroden in einer offenen Stellung dargestellt, was bedeutet, daß die untere Elektrode 14 angehoben wird, dann in eine passend gestaltete öffnung /»■ν, 30 in der oberen Elektrode 12 mit seiner O-Ring-Dichtung

32 hineinpaßt, die in einer Vertiefung in der unteren Elektrode 14 angeordnet ist, und mit der zylinderförmigen Innenwand 31 der Elektrode 12 in Eingriff steht. Die beiden Elektroden 12 und 14 werden somit zusammen abgedichtet, um eine abgeschlossene Verbrennungskammer festzulegen, welche die Tiegelanordnung 15 enthält.

Ein Trägergas für die Analyse wird der geöffneten öffnung des Tiegels 18 durch eine nach unten verlaufende . zylindrische öffnung 34 in der oberen Elektrode 12 zugeführt, während die gasförmigen Nebenprodukte der Verbrennung einem Analysierer 38 mittels einer Rohrleitung 36

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eingegeben werden, die ans Innere des Ofens mittels Schlitzen 37 im Elektrodenberührungsbereich 26 angeschlossen ist. Die Elektroden 12 und 14 werden in üblicher Weise in einem Ofengehäuse gehalten, und zwar derart, daß die untere Elektrode 14 in eine Betriebsstellung angehoben oder in eine wie in Fig. 1 dargestellte Ladestellung mittels geeigneter Zylinder und Regelungen abgesenkt werden kann. Solche Ofengehäuse und Regelungen sind allgemein üblich und im Handel von der Leco Corporation, d* h., der Anmelderin erhältlich.

Eine geregelte Stromversorgungsquelle 40 nach der vorliegenden Erfindung ist an ihren Anschlüssen 45 und 46 über Leiter 28 bzw. 29 mit den Elektroden 12 bzw. 14 verbunden. Die Stromversorgungsquelle 40 führt in stufenweiser Art zunehmende Leistungspegel dem analytischen Ofen 10 zu, der die Elektroden 12 und 14 sowie die Graphit-Tiegelan-.· Ordnung 15 umfaßt. Dies erhöht die an den Proben 19 vorliegende Temperatur und führt zum Schmelzen der Probe. Es entstehen beim Schmelzen gasförmige Nebenprodukte, die dem Analysierer 38 zu einer nachfolgenden Analyse zugeführt- werden. Der mit dem Ofen 10 verbundene Analysierer 38. weist eine Infrarotzelle zur Messung des Kohlenmonoxidgehalts im Probegas auf, was eine direkte Anzeige desjenigen Sauerstoffbetrags ergibt, der durch den Ofen während jedes Schmelzzyklus in Kohlenmonoxid umgewandelt wird. Die Temperatur des Ofens 10 wird auf stufenweise Art zwischen der Umgebungstemperatur und ungefähr 3000° C geregelt, um Proben im Bereich von ,1 bis 2 g mit Hilfe der Regelschaltung 40 zum Schmelzen zu bringen. Eine solche Regelschaltung 40 ist in Fig. 2 dargestellt und wird im folgenden beschrieben.

Die geregelte Stromversorgungsquelle 40 weist einen Leistungstransformator 42 mit einer Primärwicklung 41 auf, die an eine Wechselspannungsquelle mit beispielsweise 240 V Netzspannung über einen geregelten Halbleiterschalter 50 angeschlossen ist. Der Halbleiterschalter weist einen Torsteueranschluß 52 und geregelte Anschlüsse 51 und 53 auf, die dann kurzgeschlossen sind, wenn der Halbleiterschalter 50 durch Steuersignale von einem Mikroprozessor 60 leitend geschaltet wird, und die dann geöffnet sind, wenn eine nicht leitend-Steuerung vorliegt. Der Schalter 50 ist z. B. eine Baugruppe 240 D 45, die im Handel von der Opto 22 Corp. erhältlich ist. Der Transformator 42 weist eine Sekundärwicklung 43 auf, die etwa 5,6 V Wechselspannung den Elektroden 12 und 14 des Ofens 10 an den Außenanschlüssen 45 und 46 zuführt. Der Leistungsbetrag für den Ofen wird durch eine eindeutige Modulationsmethode geliefert, die eine größere oder kleinere Anzahl von Zyklen in einer festgelegten Folge von Ganzwellenwechselstromzyklen dem Graphittiegel zuführt, wobei der maximal verfügbare Strom durch einen fortlaufenden Wechselstrom, der etwa 1100 A beträgt, gebildet wird.

Ein eine Referenzphase ermittelnder Transformator 48 hat eine Primärwicklung 47, die an den Netzspannungsanschlüssen liegt, und empfängt somit eine Information, die sich auf die Phasenlage der am Eingang des Transformators 42 liegenden Wechselspannung bezieht. Der Transformator 48 weist eine Sekundärwicklung 49 auf, deren einer Anschluß an der Schaltungsmasse liegt und deren anderer Anschluß mit einer Vergleichsschaltung 51' verbunden ist, die an den Mikroprozessor 60 ein Signal typisch dann abgibt, wenn eine positiv werdende) Schwell en spannung bei jedem Zyklus der am Transformator 42 anliegenden Wechselspannung

vorliegt. Dieses Signal wird dazu verwendet, das Schalten des "Halbleiterschalters 50 etwa beim Stromnulldurchgang bei jedem Arbeitszyklus auszuführen und dabei Spannungssprünge zu verhindern, die sonst Schaltsprünge verursachen würden,, die in der Datenverarbeitungsschaltung bei der vorliegenden Erfindung stören würden. Der Strom und somit die tatsächlich der Tiegelanordnung 15 an deren Anschlüssen 45 und 46 zugeführte Betriebsleistung wird, durch ein Stromkontrollgerät 60' überwacht, das eine Detektorschleife 62 aufweist und das ein Signal an den Eingang eines Vorverstärkers 64 abgibt, dessen Ausgang mit einer Präzisionsgleichrichterschaltung 66 verbunden ist. Der Ausgang des Stromkontrollgeräts 60' ist außerdem an eine Treiberschaltung 68 angeschlossen, deren Ausgang mit einem Balkendiagramm-Stromschreiben 69 verbunden ist,der dem Operator den während eines Verbrerinungszyklus dem Tiegel zugeführten Momentanstrom anzeigt.

Der Ausgang, der Präzisionsgleichrichterschaltung 66 ist mit einem Integrator 67 und danach mit einem Systemmultiplexer 70 verbunden, von dem ein Eingang an-den Ausgang des Integrators 67 angeschlossen ist und dessen übrige Eingänge mit einer Vielzahl anderer Systempunkte verbunden sind, die überwacht werden sollen, aber hinsichtlich der vorliegenden Erfindung nicht von Belang sind. Der Ausgang des Systemmultiplexers70 ist mit einem Analog/ Digitalwandler 72 verbunden, der'über Leiter 73 an einen Hauptmikroprozessor 74 einen 12 Bit-Ausgangscode abgibt, der für den dem Tiegel zugeführten tatsächlichen Strom repräsentativ ist. Der Mikroprozessor 74 ist ein INTEL 8085-System, das normale Peripherie-Interface-Schaltungen aufweist, die z. B. eine Tastatur 76 mit dem Mikroprozessor und einen Ausgangsdrucker 78 mit dem Mikroprozessor

verbindet, so daß Steuerinformationen empfangen und Ausgangsdaten gedruckt werden können. Acht Steuerleitungen zur Zuführung eines 12 Bit-Steuersignals an den.Mikroprozessor 60 sind, wie durch die Verbindung 79 dargestellt ist, vorgesehen, um den Torsteuereingang des Halbleiterschalters 50 gemäß einer festgelegten Folge zu steuern.

Um die gewünschte Temperaturanhebung in relativ gleich-^/*~^> förmiger Weise zu bewerkstelligen, so daß unterschiedliche, Sauerstoff.enthaltende Verbindungen getrennt mit ermittelbaren und getrennten Spitzen verbrannt werden, entsprechend unterschiedlichen Temperaturpegeln, muß die dem Ofen 10 zugeführte Leistung genau geregelt werden. Es ist festgestellt worden, daß ein Regeln der Anzahl der dem Ofen zugeführten Wechselstromzyklen genauso wie eine Anordnung, in welcher ausgeführte oder nicht ausgeführte Zyklen nach einem Muster verlaufen, diewirkungsvollsten Mittel darstellen, um dem Ofen eine gleichförmige stufenweise Temperaturanhebung zukommen zu lassen. Bei der Auswahl der Regelmethode wurde entschieden, in etwa 33 gesonderten Schritten die Temperatur anzuheben. Es läßt sich natürlich eine kleinere oder größere Anzahl von Schritten auswählen. Wenn jedoch die Schrittezahl deutlich kleiner ist, wird .die Auflösung (d. h. die erhältlichen Temperaturpegel) unzulässig klein, und wenn die Schrittezahl erheblich zunimmt, wird die Zeit für einen Leistungspegel übermäßig lang. Somit wurden 33 Schritte empirisch als ein Optimalwert zur Regelung der Ofentemperatur ausgewählt. Jeder Schritt im bevorzugten · Ausführungsbeispiel hat eine Zeitspanne von 1 bis 25 s■ mit 10 s als im Ausführungsbeispiel verwendeten Optimalwert. Jeder Schritt ist in eine Anzahl von Zyklen mit 32 Binärinformationsbits unterteilt, wobei jedes Bit

einen Zyklus von entweder dem Ofen zügeführter oder nicht zugeführter Wechselstromleistung entspricht und einen solchen Zyklus ausführt. So werden beispielsweise für einen 1-Sekunden-Schritt bei 60 Hz des angelegten Wechselspannungssignals etwa zwei Folgen oder Muster angelegter Leistung dem Ofen während einer 1-Sekunden-Periode zugeführt. Beim 10-S.ekunden-Schritt des bevorzugten Ausführungsbeispiels werden 19 Serien von Leistungsimpulsen eines festgelegten identischen Musters wiederholt dem Ofen mit einem unterschiedlichen Impulsmuster für jeden der 33 Schritte zugeführt. Mit der Sekundärspannung von etwa 5,6 V am Leistungstransformator 42 und einem Tiegelwiderstand von etwa ,005 Ohm beträgt die Stromverfügbarkeit etwa 1100 A, wodurch eine Maximaltemperatur von über 3000° C erreicht wird. Jeder Schritt ist etwa 1100 A geteilt durch 33 oder 34 A pro Schritt. Jeder Schritt bewirkt andererseits etwa 100° C Temperaturanhebung. Das Steuerungsmuster jedes Zyklus der angelegten Spannung wird nicht durch die Frequenz der Versorgungsspannung beeinflußt, jedoch wird sich mit der Netzfrequenz die Anzahl der Wiederholzyklen eines solchen Leistungszuführungsmusters ändern. So liegen beispielsweise bei einer Netzfrequenz von 60 Hz etwa 18,75 Wiederholmuster mit 32 Bits der angelegten Leistung für jeden Schritt der 33 fortlaufenden Temperaturanhebungsschritte des Systems vor.

Eine Anordnung des Bitmusters für jede Bitfolge der 33 verschiedenen Regelsignalmuster ist in Fig. 3 dargestellt. Hierbei stellt die Binärzahl 0 den Zustand eingeschalteter Leistung und die Binärzahl 1 den Zustand ausgeschalteter Leistung dar. Fig. 4 zeigt z. B. den tatsächlich dem Ofen durch Betätigung des Halbleiterschalter 50 zugeführten Strom 61 für die ersten paar Bits des Leistungspegels 11

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(d. h. des Schritts 11), bei dem das Bitmuster mit 011011 beginnt. Es läßt sich erkennen, daß der Halbleiterchalter 50 nur bei den 0-Zuständen betätigt wird, so daß Strom für einen vollständigen Zyklus der Betriebsspannung nur beim Vorliegen einer binären 0 zugeführt-wird. Wenn die Netzfrequenz anstelle von 60 Hz 50 Hz beträgt, wird selbstverständlich eine geringere Anzahl jedes Bitmusters während eines Schritts festgelegter Zeitdauer" wiederholt. Das Bitmuster selbst bleibt jedoch das gleiche. Das in Fig- 3 gezeigte und bevorzugte Ausführungsbeispiel von Bitmustern gilt sowohl für 50 als auch für 60 Hz und es wird auch als·gültig für andere, relativ niedrige Netzspannungsfrequenzen angesehen.

Das in Fig. 3 gezeigte Bitmuster wird vom Mikroprozessor 60 geregelt. Dazu wird das in Fig. 3 dargestellte Bitmuster in Speicherschaltungen, z. B. in sein Gedächtnis, eingespeichert, und ein Identifizierungscode für jedes der 33- Bitmuster vorgesehen. Die Bits werden seriell wiederholt ausgelesen und zwar in Reaktion auf den Empfang des Identifizierungscodes, der dem Mikroprozessor 60 über die Eingangssteuerleitungen 79 zugeführt wird. Die 32 Bit-Folgen sind - wenn sie dem Halbleiterschalter 50 seriell zugeführt werden - zeitlich so ausgelegt, daß' ein Schalten während des Stromnulldurchgangs vermöge des dem Mikropro asssor 60 vom Vergleicher 51 eingegebenen Zeitsignals ausgeführt wird.

Durch wiederholtes Anlegen jedes der in Fig. 3 gezeigten Bitmuster 1 bis 33, wobei die Anzahl der Anlegevorgänge von der Dauer jedes Schritts abhängt, werden somit genau geregelte und vorhersagbare Temperaturschritte im Schmelzofen erreicht. Das Ergebnis ist, daß.beispielsweise Sauerstoffverbindungen der Reihe nach verbrannt und im Analysie-

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rer der Reihe nach mittels eines zeitlich getrennten Musters ermittelt werden, was in Fig. 5 anhand der graphischen Darstellung 65 gezeigt ist.

Fig. 5 zeigt einen Abschnitt einer Reihe von Schritten, der etwa bei Schritt Nr. 13 beginnt und bis Schritt Nr. 24 verläuft. Die. horizontale Achse stellt die Zeit dar, während die vertikale Achse die Konzentration des ermittelten Sauerstoffs angibt. Man kann daraus ersehen, daß während der Schritte 13 bis 21 vier relativ breite und deutliche Spitzen auftreten, die z. B. FeO, Fe₃O₃, Al₃O₃ und/oder anderen Verbindungen entsprechen. Diese Signale werden dem Analog/Digital-Wandler 7 2 und dann dem Hauptmikroprozessor 74 zugeführt, der die Kurve ^zwischen den in Fig. 5 mit X gekennzeichneten Knotenpunkten integriert, um den Gesamtsauerstoffgehalt für jede der Verbindungen zu liefern und ebenso um die Gesamtsauerstoffgehalte der Bestandteile zu summieren,, um somit den Gesamtsauerstoffgahalt in der Probe zu bestimmen. Sowohl durch genaues Regeln der Anzahl der an den Ofen angelegten Stromzyklen als auch durch Verwendung eines Bitmusters, in dem individuelle Zyklen angelegt 'werden, lassen sich genau eingestellte Temperaturen zur Trennung von Bestandteilen eines Säuerstoffoder anderen gewünschten Probegases zur Analyse erreichen. Aufgrund der zeitlichen Trennung der Spitzen ergibt das System sowohl eine Anzeige der Natur der in der Probe enthaltenen Bestandteile als auch eine quantitative Information für jedes' dieser Bestandteile.

Die Betriebsweise des Ofenregelungssystems wird nun in Verbindung mit Fig. 6 beschrieben, die ein Flußdiagramm der Programmierung des Mikroprozessors 74 zur Erzielung des gewünschten Analysierer- und Ofenbetriebs zeigt, wie durch

den Block 90 dargestellt Ist, befragt eine das System auf den neuesten Stand bringende Schleife den Systemoperator über eine Kontrollkonsole, um die Systemparameter auszuwählen, wie z. B. die durch den Block 9 2 angegebene Zeitdauer für jeden Schritt, den durch den Block 94 angegebenen Anfangsstrom für den Ofen, die durch den Block 96 angegebene Beschaffenheit des gewünschten Ausdrucks und, ngegeben durch den Block 98, ob eine Kurvenzeichnung, wie sie in Fig. 5 dargestellt ist, durch den Drucker 78 ausgedruckt werden soll oder nicht. Wenn diese das System auf den letzten Stand bringenden Daten, die sich auf den Ofenbetrieb und auf die Art des Ausdrucks beziehen, einmal eingegeben sind, geht das Programm in den Analysiermode über, was durch den Block 100 angezeigt wird, und es beginnt ein Analysierzyklus. Zuerst erfolgt während des Analysierzyklus eine EntgasungS-Routine 102, während der dem Ofen volle Leistung für eine ausreichende Zeit zugeführt wird, so daß jegliche Verunreinigungen aus dem Tiegel abgeführt werden. Danach beginnt die Analyse-Routine "Datenakquisition- und Schmelzregelungsbetrieb" 104 mit der Schmelregelung, welche die Regelung des Ofenbetriebs in der vorher beschriebenen Weise betrifft. Während jedes einzelnen der Temperaturschritte wird die in Form 'von CO und CO» gemessene Sauerstoffkonzentration bestimmt und im Temperaturgedächtnis des Mikroprozessors 74 für einen nachfolgenden Ausdruck gespeichert. Wenn dann einmal die Analyse-Routine vollendet ist, werden die Punkte minimaler Konzentration oder die Datenknotenpunkte (ge- · kennzeichnet in Fig.5 als die mit X bezeichneten Punkte auf der Kurve 65) bestimmt, was durch den Block 106 angezeigt wird, und die Flächen zwischen den Knoten werden integriert, was durch den Block 108 angezeigt wird. Da die Beziehung zwischen dem während jedes Schritts eingegebenem Strom bzw. dear enfcsprfschpnden Leistung und der resultierenden Temperatur bekannt ist, läßt sich bei Vor-

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liegen eines diesbezüglichen Wunsches, was durch den Block 110 angedeutet wird, eine Korrelation zwischen dem während jeden Schritts eingegebenen Strom und der aus diesem Strom resultierenden Temperatur erstellen, so daß sich ein Datenprofil in den Ausdrücken Zeit und Temperatur, wie in Fig. 5/ ergibt. Danach wird, angezeigt durch den Block 112, der Sauerstoffgehalt für jeden der Bestandteile durch Integration der Fläche unter jedem der in Fig. 5 gezeigten Kurvenabschnitte bestimmt und es werden die Werte des Probegases ausgedruckt, was durch den Block 114 angedeutet wird. Wenn eine Kurvenzeichnung.gewünscht wird, was durch den Nachfrageblock 116 angedeutet ist, betätigt der Mikroprozessor den Drucker 78, so daß, was durch den Block 118 angezeigt ist, das gewünschte Diagramm ausgedruckt wird. Danach kehrt das System zu der sich in Ruhe befindenden Systemschleife des Blocks 90 zurück, die wieder durchlaufen wird, und zwar so lange, bis eine das System auf den neuesten Stand bringede Steuerung bewerkstelligt wird. Die spezifische Programmierung zur Durchführung der in Fig. 6 gezeigten grundsätzlichen Berechnungs-, Korrelationsund Integrationstätigkeit ist herkömmlich.

Es ist für den Fachmann selbstverständlxch, daß sich vielfältige Modifikationen des beschriebenen bevorzugten Äusführungsbeispiels der Erfindung ausführen lassen, ohne sich vom Erfindungsgedanken zu lösen. ■

Leerseite

Claims

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⁵¹⁰¹⁴ Dlpl.-Ing. W. Herrmann-Trentepohl

Telegrammanschrlft:

Bahrpatente Harne . PATENTANWÄLTE . 'Telegrammanschrift:

Telex 08 229 853 Babetzpat München

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^Re'-^: MO 7188

In der Antwort bitte angeben

Zuschrift bitte nach:

Leco Corporation

300 Lakeview Avenue

St. Joseph, Michigan, U.S.A.

Verfahren und Einrichtung zur Regelung eines analytischen Ofens

Patentansprüche

Verfahren zur Regelung der Temperatur eines analytischen Ofens, dadurch gekennzeichnet, daß mittels einer Stromquelle der dem Ofen zugeführte elektrische Heizstrom periodisch geändert wird, daß vorher festgelegte Zyklen einer Reihe von Zyklen mit sich periodisch änderndem Strom zur Speisung des Ofenheizelements ausgewählt werden, und daß die Anzahl von Zyklen in jeder Zyklenreihe des dem Heizelement zugeführten Stroms selektiv in einer festgelegten Weise gesteigert wird, so daß die dem Heizelement zugeführte ^ Leistung sequentiell angehoben wird, wobei dann die \ Ofentemperatur in einer festgelegten Weise zunimmt. ·-$
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η -

ζ eichnet, daß der ausgewählte Schritt das Anlegen einer Anordnung binärer Bits umfaßt, daß eine ■Vielzahl getrennter Schritte vorgesehen ist, von denen jeder eine Reihe von Bits umfaßt, deren jeweiliger binärer Zustand die Zuführung oder NichtZuführung eines Zyklus von an das Heizelement anzulegendem Strom festlegt-
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch .g e k e η η -

ze ichnet, daß der Binärzustand jeder Bitreihe fortschreitend in einer festgelegten Weise zwischen den Schritten zunimmt, so daß eine anwachsende Leistung dem Heizelement zugeführt wird.
4. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektrische Leistungsversorgungseinrichtung zur Versorgung des Ofens mit sich periodisch änderndem Strom vorgesehen ist, daß mit der elektrischen Leistungsversorgungseinrichtung ein regelbares Schaltmittel· verbunden ist, daß ein Ofenheizeiement mit der eiektrischen Leistungsversorgungseinrichtung und dem Schaltmittel verbunden ist und daß mit dem Schaitmittei eine Regeischaltung verbunden ist, die dieses Schaltmittel zur Abgabe eines festgelegten Musters mit einer zunehmenden Zahl von Zyklen des · BetriebsStroms für das Heizelement selektiv betätigt.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelscha^ung einen Mikroprozessor zur Abgabe von dem Schaltmittel zuzuführenden Regelsignalen aufweist, die entsprechend einem fest-

gelegten Muster ausgebildet sind, das aus einer Anordnung von Binärbits besteht, daß die Binärbits eine festgelegte Anzahl von Schritten aufweisen und daß jeder Schritt eine Vielzahl von Datenbits enthält und jedes Bit einem BetriebsStromzyklus entspricht.
6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jedes binäre Datenbit das Schaltmittel steuert und zwar derart, daß an das Ofenheizelement entweder ein Betriebsleistungszyklus angelegt oder nicht angelegt wird.
7· Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Ofenheizelement eine leitende Tiegelanordnung und Elektroden aufweist, die mit dem Schaltmittel und mit der Tiegelanordnung verbunden sind, so daß für die Tiegelanordnung eine elektrische Leistungszuführung vorhanden ist.
8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennz eichnet, daß die elektrische Leistungsversorgungseinrichtung einen Transformator mit einer Primär- und einer Sekundärwicklung aufweist und daß eine Einrichtung zur Verbindung der Primärwicklung mit einer Wechselspannungsquelle vorgesehen ist.
9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 b.i.s 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltmittel einen Halbleiterschalter aufweist, der .zwischen der Sekundärwicklung des Transformators und denElektroden liegt.
10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in dem dem analyti-

sehen Ofen Betriebsleistung zuführenden Regelsystem eine Schaltung vorgesehen ist, die seriell Ausgangssignale abgibt, die in einem festgelegten Muster Binärbits aufweisen, von denen jedes einer Einheit von Leistung entspricht, die gemäß dem Bitmuster dem analytischen Ofen zugeführt werden soll, daß die Regelschaltung mit der vorher erwähnten Schaltung verbunden ist und an ihrem Ausgang eine Einrichtung zur Verbindung der Regelschaltung mit dem analytischen Ofen aufweist, und daß die Regelschaltung auf die Binärbits anspricht, um Betriebsleistungsimpulse an die Einrichtung am Ausgang in einer Folge abzugeben, welche den • Binärbits entspricht und von diesen gesteuert wird.
11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch g e k e η nzeich'-net, daß die Binärbits so angeordnet sind, daß schrittweise angehobene Betriebsleistungspegel· an die Einrichtung am Ausgang geliefert werden.
12. Einrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Regel·schartung einen Mikroprozessor mit Speichermitteln aufweist, in denen die binären Bitmuster gespeichert sind.
13; Einrichtung nach einem der Ansprüche 10-bis 12, dadurch "gekennz eich η et, daß im Regelsystem eine Einrichtung zur fortgesetzten Lieferung von an die Regeischa^ung angeschlossener Betriebsieistung und außerdem ein Schaltmittel in der Regelschaltung vorgesehen ist, das auf die Bits anspricht und selektiv die Betriebsieistungsqueile mit den Ausgangsanschlüssen verbindet.
14. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur fortge-. setzten Lieferung von Betriebsleistung eine Wechselspännungsquelle aufweist.