DE3710992A1 - Einrichtung zur regelung und ueberwachung einer physikalischen groesse einer fluessigkeit, insbesondere des ph-wertes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Regelung und Überwachung einer physikalischen Größe einer Flüssigkeit, insbesondere des pH-Wertes.

Es gibt pH-Wert-Regeleinrichtungen zur Neutralisation des Abwassers, bei denen in das Abwasser getauchte pH-Wert- Meßelektroden in einem elektrischen Regelkreis angeordnet sind, der ein Stellglied enthält, das aus einem Elektromotor und einem von diesem einstellbaren Regelventil besteht, das in der Zuleitung einer Neutralisations-Lösung zum Abwasserkanal liegt.

Bei anderen Einrichtungen zum Regeln des pH-Wertes oder eines vergleichbaren Wertes einer Lösung ist jeweils ein Istwertgeber, ein Sollwertgeber, ein von der Regelabweichung beaufschlagter Regler und ein von diesem beauftragtes Stellglied vorgesehen, das der Lösung ein die Regelgröße beeinflussendes Zusatzmittel zuführt. Das Stellglied weist hierbei eine durch Impulse eines Impulsgenerators antreibbare Dosierpumpe für das Zusatzmittel auf.

Des weiteren gibt es Vorrichtungen zur Regelung des pH- Wertes und/oder eines anderen Wertes einer Flüssigkeit, die Istwert- und Sollwertgeber zur Bildung von mindestens zwei Regelabweichungen aufweisen und die mit mindestens zwei der Einspeisung je eines Zusatzmittels in die Flüssigkeit dienenden impulsgesteuerten Pumpen versehen sind, deren Fördermenge in Abhängigkeit von der Regelabweichung mit einem Stellglied eingestellt wird. Für beide Pumpen ist ein gemeinsames Stellglied vorgesehen, welches durch einen Impulsgeber verstellbar ist.

Die genannten Vorrichtungen sind aufwendig und benötigen Pumpen mit einer komplizierten Ansteuerung für die Einspeisung der Zusatzmittel. Einige Vorrichtungen beinhalten Oszillatoren, die andere vor Ort befindliche Anlagen stören.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Überwachung und Regelung einer physikalischen Größe einer Flüssigkeit, insbesondere des pH-Wertes, mit geringem Aufwand und hoher Betriebssicherheit zu entwickeln.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 beschriebenen Maßnahmen gelöst. Bei der in Anspruch 1 angegebenen Einrichtung gibt je eine Meßelektrode eine Spannung ab, die gefiltert und verstärkt wird. Die Verstärkung erfolgt in zwei Stufen durch eine nichtinvertierende Verstärkungsstufe und durch eine invertierende Verstärkungsstufe. Über ein Potentiometer kann in der nichtinvertierenden Verstärkungsstufe das Potential der Meßspannung eingestellt werden. Die Meßspannung wird in der nichtinvertierenden Verstärkungsstufe um einen festen Faktor verstärkt. In der invertierenden Verstärkungsstufe kann über einen weiteren Einstellregler die Verstärkung der Meßspannung eingestellt werden. Die so gewonnene Meßspannung stellt einen Istwert dar. Beide Istwerte werden auf gleiche Art und Weise gewonnen.

Ein Meßwert wird im Behälter aufgenommen; ein weiterer wird im Abfluß des Behälters aufgenommen. Jeder Istwert wird mit zwei Sollwerten, einen Sollwert "untere Grenze" und einen Sollwert "obere Grenze" verglichen. Die Sollwerte werden über Potentiometer vorbestimmt. Bei Über- bzw. Unterschreiten der Sollwertgrenzen der im Behälter aufgenommenen Meßgröße wird ein Zusatzmittel durch Öffnen eines Magnetventils oder Einschalten einer Pumpe der Flüssigkeit in dem Behälter zugeführt. Es wird immer nur eines der zwei Zusatzmittel der Flüssigkeit in dem Behälter zugeführt.

Durch eine Zeitschaltung wird ein Magnetventil eine vorgegebene Zeit lang geöffnet. Bei Vorhandensein einer Pumpe, die das Zusatzmittel in den Behälter fördert, wird die Pumpe durch die Zeitschaltung eine vorbestimmte Zeit lang angeschaltet. Befindet sich die Regelgröße nach dieser Zeit noch nicht innerhalb der vorgegebenen Sollwertgrenzen, wird der Vorgang wiederholt, so lange bis sich die Regelgröße innerhalb der vorgegebenen Sollwertgrenzen befindet oder eine zweite Zeitschaltung einen Alarm abgibt.

Eine zweite Zeitschaltung gibt eine maximale Öffnungszeit des Magnetventils ode eine maximale Einschaltzeit der Pumpe vor und beaufschlagt ein Stellglied, das bei Überschreiten der maximalen vorgegebenen Zeit einen Alarm auslöst.

Der Alarm wird auch bei Über- bzw. Unterschreiten der Sollwertgrenzen des im Abfluß aufgenommenen Meßwertes durch ein Stellglied ausgelöst. Ein ausgelöster Alarm hat ein Abschalten der Zeitschaltungen zur Folge, so daß alle Magnetventile geschlossen oder alle Pumpen abgeschaltet sind.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in einer Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels, das eine erfindungsgemäße Erfindung zur Regelung und Überwachung des pH-Wertes einer Flüssigkeit darstellt, näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 eine Anordnung mit Meßelektroden und den grundsätzlichen Aufbau der für eine Einrichtung zur pH-Wert-Regelung und Überwachung oder zur Regelung und Überwachung eines anderen Wertes einer Flüssigkeit notwendig ist,

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Einrichtung zur Regelung und Überwachung des pH-Wertes oder eines anderen Wertes einer Flüssigkeit,

Fig. 3 ein detailliertes Schaltbild von je an eine Meßelektrode angeschlossenen Impedanzwandlern, Filtern und Verstärkern,

Fig. 4 ein detailliertes Schaltbild einer Vergleichsschaltung, an die vier Zeitschaltungen angeschlossen sind,

Fig. 5 detaillierte Schaltbilder von Stellgliedern und Dosiereinheiten,

Fig. 6 ein detailliertes Schaltbild einer zweiten Vergleichsschaltung mit nachgeschalteten Stellgliedern und eine Alarmschaltung,

Fig. 7 Diagramm des pH-Werts in Abhängigkeit von einer ersten und einer zweiten Spannung.

In Fig. 1 ist die Lage einer ersten Meßelektrode 18 und einer zweiten Meßelektrode 19 und der grundsätzliche Aufbau der zur pH-Wert-Regelung und Überwachung oder zur Regelung und Überwachung eines anderen Wertes einer Flüssigkeit nötigen Behälter und Zuflüsse angegeben.

Eine Flüssigkeit 12 wird über einen Zufluß 1 einem Behälter 2 zugeführt. Im Behälter 2 wird über die eine dem pH-Wert proportionale Spannung 10 abgebende Meßelektrode 18 der pH-Wert bestimmt.

Die Zugbe von je einem ersten Zusatzmittel 6 oder einem zweiten Zusatzmittel 7 erfolgt durch Öffnen eines ersten Magnetventils 8 in einem Zufluß 17 oder eines zweiten Magnetventils 9 in einem Zufluß 16. Ein Behälter 13 und ein Behälter 14 enthalten je das erste Zusatzmittel 6 oder das zweite Zusatzmittel 7.

Nach dem Zuführen einer gewissen Menge des Zusatzmittels 6 oder des Zusatzmittels 7 gelangt die Flüssigkeit 12 durch einen Abfluß 3 in einen Behälter 15, in dem durch die, dem pH-Wert proportionale Spannung 11 abgebende Meßelektrode 19 der pH-Wert bestimmt wird. Über einen Abfluß 5 wird die abfließende Flüssigkeit 4 abgegeben.

In Fig. 2 ist der Aufbau einer Einrichtung zur Regelung und Überwachung des pH-Wertes oder eines anderen Wertes einer Flüssigkeit im Blockschaltbild dargestellt. Die Flußrichtung der Signale wird durch die an die Blöcke grenzenden Pfeile angegeben.

Der in Fig. 2 gezeigte Aufbau enthält folgende Baugruppen: die beiden Meßelektroden 18 und 19, einen ersten und zweiten Impedanzwandler 28 und 31, ein erstes und zweites Signalfilter 29 und 32, eine erste und zweite Verstärkerschaltung 30 und 33, ein erstes und ein zweites Paar Sollwertgeber 24, 25, 26 und 27, eine erste und eine zweite Vergleichsschaltung 34 und 35, vier Zeischaltungen 36, 39, 41 und 44, sechs Stellglieder 37, 40, 42, 45, 46 und 47, eine erste und zweite Dosiereinheit 38 und 43, eine Alarmschaltung 48 und drei Ausgänge 49, 50 und 57.

Der aus einem aufbereiteten Meßwert 10 gewonnene Istwert 20 liegt am Ausgang der ersten Verstärkerschaltung 30 in Form einer Spannung an. Der Istwert 20 wird mittels der ersten Vergleichsschaltung 34 mit einem Sollwert 21 verglichen, der durch einen ersten Sollwertgeber 24 für eine obere Grenze und einen zweiten Sollwertgeber 25 für eine untere Grenze bestimmt ist.

Der aus dem aufbereiteten Meßwert 11 gewonnene Istwert 22 liegt am Ausgang der zweiten Verstärkerschaltung 33 in Form einer Spannung an. Der Istwert 22 wird mittels der zweiten Vergleichsschaltung 35 mit einem Sollwert 23 verglichen, der durch einenn dritten Sollwertgeber 26 für eine obere Grenze und durch einen vierten Sollwertgeber 27 für eine untere Grenze 27 bestimmt ist.

Zur Gewinnung des Istwerts 20 wird eine von der ersten Meßelektrode 18 kommend, dem pH-Wert proportionale Spannung 10 über einen als ersten Impedanzwandler 28 geschalteten Operationsverstärker mit einem Feldeffekt- Transistor-Eingang v 1 in ein erstes Signalfilter 29 eingekoppelt.

Im einfachsten Fall ist das Signalfilter 29 ein Tiefpaß, bestehend aus einem Widerstand r 1 und einem Kondensator c 1 mit anschließender Spannungsbegrenzung durch eine Zenerdiode d 1. Am Ausgang des Tiefpasses 29 liegt eine reine, dem pH-Wert proportionale Gleichspannung an, die frei von Wechselspannungsüberlagerungen ist. Bei einem außergewöhnlich hohen Anteil auftretender Störwechselspannungen oder Störimpulse wird das Signalfilter aufwendiger gestaltet.

Die so gewonnene Meßspannung wird in der ersten Verstärkerschaltung 30 in zwei Stufen verstärkt. Eine erste Stufe besteht aus einem als nichtinvertierenden Verstärker 51 beschalteten Operationsverstärker v 2, mit dem die Meßspannung um einen festen Faktor verstärkt wird. Das Spannungspotential der Meßspannung kann über ein Potentiometer p 1 verändert werden.

In der zweiten Stufe wird die Meßspannung durch einen als invertierenden Verstärker 52 beschalteten Operationsverstärker v 3 verstärkt. Der Faktor, um den verstärkt wird, kann über ein Potentiometer p 2 verändert werden.

Mit dem Potentiometer p 1, das das Potential verändert, und dem Potentiometer p 2, das die Verstärkung verändert, ist eine Anpassung der Einrichtung an unterschiedliche Betriebsbedingungen möglich.

Eine Anpassung an die unterschiedlichen Betriebsbedingungen geschieht dadurch, daß die jweilige Meßelektrode nacheinander in bestimmte Pufferlösungen eingetaucht wird, deren pH-Wert genau bekannt ist. Das Potential und die Verstärkung der Meßspannung kann mit den entsprechenden Einstellreglern so lange eingestellt werden, bis der pH-Wert der Pufferlösung auf einer Anzeige erscheint.

Die durch die Filterung und Verstärkung gewonnene Meßspannung u 1 des Istwerts 20 ist dem pH-Wert proportional, wie in Fig. 7 unter a) gezeigt.

Die Gleichspannung u 2 des Istwerts 22 ist dem pH-Wert in der gleichen Weise proportional, wie in Fig. 7 unter b) gezeigt. Sie wird in der gleichen Weise wie die Spannung u 1 gewonnen.

Die von der Meßelektrode kommende dem pH-Wert proportionale Spannung 11 wird über einen zweiten Impedanzwandler 31 in ein zweites Signalfilter 32 eingekoppelt und durchläuft einen als nichtinvertierenden Verstärker 53 beschalteten Operationsverstärker v 5 und einen als invertierenden Verstärker 54 beschalteten Operationsverstärker v 6. Mit dem Potentiometer p 8 in der Beschaltung des nichtinvertierenden Verstärkers 53 kann das Potential der zweiten Meßspannung verändert werden. Die Verstärkung der zweiten Meßspannung kann durch den Potentiometer p 9 verändert werden.

Der Sollwert 21 ist bestimmt durch einen Sollwertgeber 24 für eine obere Grenze und einen Sollwertgeber 25 für eine untere Grenze. Der Sollwert 23 ist bestimmt durch einen Sollwertgeber 26 für eine obere Grenze und einen Sollwertgeber 27 für eine untere Grenze. Die Sollwertgeber 24, 25, 26 und 27 erzeugen Sollwerte in Form von Gleichspannungen. Sie werden über Potentiometer p 4, p 3, p 6 und p 7 eingstellt.

Der Istwert 20 wird in der ersten Vergleichsschaltung 34 mit dem Sollwert für die obere Grenze und dem Sollwert für die untere Grenze getrennt verglichen. Die Vergleichsschaltung 34 besteht im wesentlichen aus zwei Operationsverstärkern v 7 und v 8. Der Operationsverstärker v 7 vergleicht den Istwert 20 mit dem Sollwert für die obere Grenze.

Ist der Istwert 20 kleiner als der Sollwert für die obere Grenze, liegt am Ausgang des Operationsverstärkers v 7 eine Spannung von ca. +11 V an, deren Wert nur wenig unter dem der Versorgungsspannung des Operationsverstärkers liegt.

Überschreitet der Istwert 20 den Sollwert für die obere Grenze, so wechselt die Spannung u 10 am Ausgang des Operationsverstärkers v 7 von +11 V auf ca. -11 V.

Durch einen Operationsverstärker v 8 wird der Sollwert für die untere Grenze mit dem Istwert 20 verglichen. Ist der Itwert 20 größer als der Sollwert für die untere Grenze, liegt am Ausgang des Operationsverstärkers v 8 eine Spannung u 11 von +11 V.

Unterschreitet der Istwert 20 den Sollwert für die untere Grenze, wechselt die Spannung u 11 am Ausgang des Operationsverstärkers v 8 von +11 V auf -11 V.

Wurde vom Istwert 20 der Sollwert für die obere Grenze überschritten, so wird der Flüssigkeit 12 das Zusatzmittel 6 zugeführt. Wurde vom Istwert 20 der Sollwert für die untere Grenze unterschritten, so wird der Flüssigkeit 12 das Zusatzmittel 7 zugeführt.

Durch das negative Potential von -11 V der Spannung u 10 wird eine erste Zeitschaltung 36 gestartet. Am Ausgang der Zeitschaltung 36 wird die Spannung u 4 für eine bestimmte Zeitdauer t 1 auf +12 V gesetzt. Gleichzeitig dazu wird bei dem Übergang von +11 V auf -11 V der Spannung u 10 eine zweite Zeitschaltung 39 gestartet. Dies geschieht durch einen Impuls, entstanden durch den Potentialwechsel von +11 V auf -11 V der Spannung u 10. Dieser Impuls wird über einen Kondensator c 9 und einen Widerstand r 21 der Zeitschaltung 39 zugeführt. Am Ausgang der Zeitschaltung 39 wird die Spannung u 3 für eine bestimmte Zeitdauer t 2 auf +11 V gesetzt.

Die Zeitdauer t 1, in der die Spannung u 4 am Ausgang der Zeitschaltung 36 auf +11 V gesetzt ist, ist bestimmt durch den Widerstand r 34 und den Kondensator c 5.

Sie ergibt sich aus folgender Formel:

t 1 = 1,1 × r 34 × c 5

Die Zeitdauer t 2, in der die Spannung u 3 am Ausang der Zeitschaltung 39 auf +11 V gesetzt ist, ist bestimmt durch die Widerstände r 23 und r 24 und den Kondensator c 6. Sie ergibt sich aus folgender Formel:

Wechselt die Spannung u 10 innerhalb der Zeitdauer t 1 von - 11 V auf +11 V, d. h. befindet sich der Istwert 20 wieder unterhalb des Sollwertes für die obere Grenze, so wird die Spannung u 4 am Ausgang der Zeitschaltung 36 nach Ablauf der Zeitdauer t 1 wieder von +11 V auf 0 V geschaltet. Über den Widerstand r 25 wird gleichzeitig die Zeitschaltung 39 ausgeschaltet, wenn die Spannung u 4 ein Potential von 0 V hat.

Befindet sich der Istwert 20 nach Ablauf der Zeitdauer t 1 noch oberhalb des Sollwertes für die obere Grenze, so verbleibt die Spannung u 4 am Ausgang der Zeitschaltung 36 auf +11 V. Dieser Vorgang wiederholt sich so lange, bis sich der Istwert 20 wieder unterhalb des Sollwertes für die obere Grenze befindet oder die Zeitschaltung 39 einen Alarm ausgelöst hat.

Die Zeitschaltung 36 und die Zeitschaltung 39 sind in einem Block 55 zusammengefaßt. Die zwei Zeitschaltungen sind in einem integrierten Schaltkreis zusammengefaßt. Die Widerstände und die Kondensatoren innerhalb des Blockes 55 stellen die äußere Beschaltung des integrierten Schaltkreises dar.

Die Spannung u 4 am Ausgang der Zeitschaltung 36 und die Spannung u 3 am Ausgang der Zeitschaltung 39 steuern ein Stellglied 37 an. Innerhalb des Stellgliedes 37 wird die Spannung u 4 von der Zeitschaltung 36 zur Ansteuerung einer ersten Dosiereinheit 38 durchgeschaltet.

Bei einem Potential von +11 V wird der Transistor t 1 über den Widerstand r 43 durchgeschaltet. Der Transistor t 2 sperrt, so daß der Transistor t 3 über den Widerstand r 45 genug Basisstrom bekommt und ebenfalls durchschaltet. Aus diesem Grunde zieht das Relais k 1 an und schaltet seine Kontakte um.

An die Kontakte des Relais k 1, die einen Ausgang 49 bilden, ist die Stromversorgung eines ersten Magnetventils 8 angeschlossen. Nach dem Anziehen des Relais k 1 öffnet das Magnetventil 8, während nach dem Abfallen des Relais k 1 das Magnetventil 8 schließt.

Ein Stellglied 37 besteht weiterhin aus einem Operationsverstärker v 9, der den Zustand der Spannungen u 3 und u 4 am Ausgang der Zeitschaltungen 36 und 39 überwacht. Die am Ausgang des Stellgliedes 37 vorhandene Spannung u 8 kann zwei Potentialzustände in Abhängigkeit von den Spannungen u 3 und u 4 annehmen.

Der Operationsverstärker v 9 ist so beschaltet, daß sein Ausgang nur dann ein positives Potential annimmt, wenn die Spannung u 4 ein Potential von +11 V hat und die Spannung u 3 ein Potential von 0 V hat. Falls u 4 und u 3 andere Potentiale haben, nimmt die Spannung am Ausgang des Operationsverstärkers v 9 ein negatives Potential an, das durch den Widerstand r 37, den Kondensator c 11 und der Diode d 5 auf ungefähr 0 V geregelt wird.

Die Spannung u 8 hat nur dann ein positives Potential, wenn die Zeitschaltung 36 aktiviert ist, d. h. u 4 ein Potential von +11 V hat, und die Zeitschaltung 39 abgeschaltet hat, d. h. u 3 ein Potential von 0 V hat.

Die durch die Zeitschaltung 39 bestimmte Zeitdauer t 2 gibt die maximale Anziehkraft für das Relais k 1 und somit die maximale Öffnungszeit für das Magnetventil 8 vor. Nach Ablauf der Zeitdauer t 2 wechselt die Spannung u 3 am Ausgang der Zeitschaltung 39 auf 0 V.

Befindet sich der Istwert 20 nach Ablauf der Zeitdauer t 2 noch oberhalb des Sollwertes für die obere Grenze, hat die Spannung u 4 am Ausgang der Zeitschaltung 36 ein Potential von +11 V. Die maximale Anziehzeit für Relais k 1 und somit die maximale Öffnungszeit für das Magnetventil 8 wurde überschritten. Durch das Potential +11 V der Spannung u 4 und das Potential 0 V der Spannung u 3 gesteuert, liegt am Ausgang des Operationsverstärkers v 9 ein positives Potential an. Die Spannung u 8 hat in diesem Fall einen positiven Wert.

Aufgrund des positiven Wertes der Spannung u 8 wird der Transistor t 11 eines zweiten Stellgliedes 40 durchgechaltet. Das Stellglied 40 besteht aus zwei Transistoren t 11 und t 12 und stellt eine Kippstufe mit zwei Zuständen dar.

Wird der Transistor t 11 durch einen positiven Wert der Spannung u 8 durchgeschaltet, sperrt der Transistor t 12. Dieser Zustand der Kippstufe verändert sich nicht mehr, auch wenn die Spannung u 8 wieder ein Potential von 0 V annimmt. Der Zustand ist nur löschbar, wenn man über einen Taster an die Basis des Transistors t 12 ein positives Potential anlegt.

Die Alarmschaltung 48 ist am Collector des Transistors t 11 über einen Widerstand r 71 angeschlossen. Das Relais k 3 der Alarmschaltung 48 zieht, angesteuert durch die Transistoren t 15 und t 16, an, wenn der Transistor t 11 durch einen positiven Wert der Spannung u 8 durchgeschaltet wird. Durch das Anziehen des Relais k 3 werden die Kontakte an einem Ausgang 57 umgeschaltet.

An die Kontakte des Relais k 3, die den Ausgang 57 bilden, können verschiedene optische und akustische Signaleinheiten angeschlossen werden, die bei Anziehen von Relais k 3 einen Alarm signalisieren.

Wurde vom Istwert 20 der Sollwert für die untere Grenze unterschritten, so wird der Flüssigkeit 12 ein Zusatzmittel 7 zugeführt.

Durch das negative Potential der Spannung u 11 wird eine dritte Zeitschaltung 41 und eine vierte Zeitschaltung 44 in der gleichen Weise angesteuert, wie die Zeitschaltungen 36 und 39 durch die Spannung u 10.

Die Spannung u 7 am Ausgang der Zeitschaltung 41 und die Spannung u 6 am Ausgang der Zeitschaltung 44 steuern ein Stellglied 42 in der gleichen Weise an, wie die Spannungen u 4 und u 3 das Stellglied 37.

Innerhalb des Stellgliedes 42 wird die Spannung u 7 von der Zeitschaltung 41 zur Ansteuerung der Dosiereinheit 43 durchgeschaltet, in der gleichen Weise wie die Spannung u 3 im Stellglied 37.

An die Kontakte des Relais k 2, die einen Ausgang 50 bilden, ist die Stromversorgung eines Magnetventils 9 angeschlossen. Nach dem Anziehen des Relais k 2 öffnet das Magnetventil 9, während nach dem Abfallen des Relais k 2 das Magnetventil 9 schließt.

Das Stellglied 42 besteht weiterhin aus einem Operationsverstärker v 10, der den Zustand der Spannungen u 6 und u 7 am Ausgang der Zeitschaltungen 41 und 44 überwacht. Die am Ausgang des Stellgliedes 42 vorhandene Spannung u 9 kann zwei Potentialzustände in Abhängigkeit von den Spannungen u 6 und u 7 annehmen.

Der Operationsverstärker v 10 ist so beschaltet, daß sein Ausgang nur dann ein positives Potential annimmt, wenn u 7 ein Potential von +11 V hat und u 6 ein Potential von 0 V hat. Falls u 7 und u 6 andere Potentiale haben, nimmt die Spannung am Ausgang des Operationsverstärkers v 10 ein negatives Potential an, das durch den Widerstand r 41, den Kondensator c 13 und die Diode d 6 auf ungefähr 0 V geregelt wird.

Die Spannung u 9 hat in gleicher Weise wie die Spannung u 8 nur dann ein positives Potential, wenn die Zeitschaltung 41 aktiviert ist, d. h. die Spannung ein Potential von +11 V hat, und die Zeitschaltung 44 abgeschaltet hat, d. h. u 6 ein Potential von 0 V hat.

Die durch die Zeitschaltung 41 eingestellte Zeitdauer entspricht der durch die Zeitschaltung 36 eingestellten Zeitdauer t 1. Die durch die Zeitschaltung 44 eingestellte Zeitdauer entspricht der durch die Zeitschaltung 39 eingestellten Zeitdauer t 2.

Die Zeitdauer t 2, durch die Zeitschaltung 44 bestimmt, gibt die maximale Anziehzeit für das Relais k 2 und somit die maximale Öffnungszeit für das Magnetventil 9 vor.

Nach Überschreiten der maximalen Anziehkraft t 2 des Relais k 2 nimmt die Spannung u 9 in gleicher Weise wie die Spannung u 8 ein positives Potential an, das den Transistor t 13 eines Stellgliedes 45 durchschaltet. Das Stellglied 45 entspricht dem Stellglied 40. Die Alarmschaltung 48 wird in gleicher Weise angesteuert wie durch Stellglied 40.

Der Istwert 22 wird in der zweiten Vergleichsschaltung 35 mit dem Sollwert für die obere Grenze und dem Sollwert für die untere Grenze getrennt verglichen. Die Vergleichsschaltung 35 besteht im wesentlichen aus zwei Operationsverstärkern v 11 und v 12. Der Operationsverstärker v 11 vergleicht den Istwert 22 mit dem Sollwert für die obere Grenze. Ist der Istwert 22 kleiner als der Sollwert für die obere Grenze 26, liegt am Ausgang des Operationsverstärkers v 11 eine negative Spannung u 12 von -11 V an, deren Wert durch den Widerstand r 53, den Kondensator c 17 und die Diode d 11 auf 0 V geregelt wird.

Nach Überschreiten des Sollwertes für die obere Grenze 26 durch den Istwert 22 liegt am Ausgang des Operationsverstärkers v 11 eine positive Spannung u 12 an. Mit der Spannung u 12 wird ein Stellglied 46 angesteuert.

Durch das positive Potential der Spannung u 12 wird der Transistor t 7 durchgeschaltet und damit die Alarmschaltung 48 in der gleichen Weise wie durch das Stellglied 40 angesteuert.

Durch den Operationsverstärker v 12 wird der Sollwert für die untere Grenze mit dem Istwert 22 verglichen. Ist der Istwert 22 größer als der Sollwert für die untere Grenze, liegt am Ausgang des Operationsverstärkers v 12 eine Spannung u 13 von +11 V an, durch den Widerstand r 60, den Kondensator c 18 und die Diode d 12 auf 0 V geregelt.

Nach Unterschreiten des Sollwertes für die untere Grenze durch den Istwert 22 liegt am Ausgang des Operationsverstärkers v 12 die Spannung u 13 mit einem positiven Potential an. Mit der Spannung u 13 wird ein Stellglied 47 angesteuert. Durch das positive Potential der Spannung u 13 wird der Transistor t 9 durchgeschaltet und damit die Alarmschaltung 48 in der gleichen Weise wie durch Stellglied 40 angesteuert.

• Zusammenstellung der vergebenen Ziffern  1  Zufluß von Behälter 2
   2  Behälter
   3  Abfluß von Behälter 2
   4  abfließende Flüssigkeit
   5  Abfluß
   6  Zusatzmittel
   7  Zusatzmittel
   8  Magnetventil
   9  Magnetventil
  10  Meßwert (Spannung)
  11  Meßwert (Spannung)
  12  Flüssigkeit
  13  Behälter mit Zusatzmittel 6
  14  Behälter mit Zusatzmittel 7
  15  Abflußbehälter
  16  Zufluß von Zusatzmittel 7
  17  Zufluß von Zusatzmittel 6
  18  Meßelektrode
  19  Meßelektrode
  20  Istwert
  21  Solwert
  22  Istwert
  23  Sollwert
  24  Sollwertgeber obere Grenze
  25  Sollwertgeber untere Grenze
  26  Sollwertgeber obere Grenze
  27  Sollwertgeber untereGrenze
  28  Impedanzwandler
  29  Signalfilter
  30  Verstärkerschaltung
  31  Impedanzwandler
  32  Signalfilter
  33  Verstärkerschaltung
  34  Vergleichsschaltung
  35  Vergleichsschaltung
  36  Zeitschaltung
  37  Stellglied
  38  Dosiereinheit
  39  Zeitschaltung
  40  Stellglied
  41  Zeitschaltung
  42  Stellglied
  43  Dosiereinheit
  44  Zeitschaltung
  45  Stellglied
  46  Stellglied
  47  Stellglied
  48  Alarmschaltung
  49  Ausgang
  50  Ausgang
  51  nichtinvertierender Verstärker
  52  invertierender Verstärker
  53  nichtinvertierender Verstärker
  54  invertierender Verstärker
  55  Timer-Baustein mit Beschaltung
  56  Timer-Baustein mit Beschaltung
  57  Ausgang

Werte und Bezeichnungen der im Ausführungsbeispiel verwendeten Bauteile

Widerstände

BezeichnungWert in KOhm

r 1 10 r 2 15 r 3 220 r 4 100 r 5 22 r 6 50 r 7 242 r 8 100 r 9 10 r 10 15 r 11 220 r 12 100 r 13 22 r 14 50 r 15 242 r 16 100 r 17 3300 r 18 3300 r 19 10 r 20 10 r 21 10 r 22 10 r 23 3300 r 24 3300 r 25 1 r 26 10 r 27 10 r 28 10 r 29 10 r 30 3300 r 31 3300 r 32 1 r 33 1000 r 34 1000 r 35 220 r 36 220 r 37 47 r 38 6,8 r 39 220 r 40 220 r 41 47 r 42 6,8 r 43 100 r 44 4,7 r 45 4,7 r 46 1 r 47 100 r 48 4,7 r 49 4,7 r 50 1 r 51 3300 r 52 3300 r 53 47 r 54 4,7 r 55 22 r 56 22 r 57 4,7 r 58 4,7 r 59 4,7 r 60 47 r 61 22 r 62 22 r 63 4,7 r 64 22 r 65 22 r 66 4,7 r 67 4,7 r 68 4,7 r 69 22 r 70 22 r 71 47 r 72 4,7 r 73 1

Kondensatoren

BezeichnungWert in µF

c 1 100 c 2 100 c 3 0,1 c 4 0,1 c 5 100 c 6 10 c 7 100 c 8 10 c 9 1 c 10 1 c 11 0,22 c 12 1 c 13 0,22 c 14 1 c 15 0,1 c 16 0,1 c 17 0,22 c 18 0,22

Dioden

BezeichnungTyp

d 1 ZPD 5,6 d 2 1N4148 d 3 ZPD 5,6 d 4 1N4148 d 5 1N4002 d 6 1N4002 d 7 1N4002 d 8 LED d 9 1N4002 d 10 LED d 11 1N4002 d 12 1N4002 d 13 1N4002 d 14 LED

Potentiometer

BezeichnungWert in MOhm

p 1 1 p 2 0,1 p 3 1 p 4 1 p 5 ist nicht vorhanden p 6 1 p 7 1 p 8 1 p 9 0,1

Operationsverstärker

BezeichnungTyp

v 1LM 13741v 2, v 3LM 747v 4LM 13741v 5, v 6LM 747v 7, v 8LM 747v 9, v 10LM 747v 11, v 12LM 747

Zeitschaltungen

BezeichnungTyp

Block 55 (ohne Beschaltung)LM 556 Block 56 (ohne Beschaltung)LM 556

Transistoren

BezeichnungTyp

t 1 BC 109 t 2 BC 109 t 3 BC 141 t 4 BC 109 t 5 BC 109 t 6 BC 141 t 7 BC 109 t 8 BC 109 t 9 BC 109 t 10 BC 109 t 11 BC 109 t 12 BC 109 t 13 BC 109 t 14 BC 109 t 15 BC 109 t 16 BC 141

Relais

BezeichnungTyp

k 1, k 2, k 312 V Relais mit mind. einem Umschalter

Meßelektroden

BezeichnungTyp

18, 19 pH-Meßelektrode GK 1

Strom-Spannungsversorgung

Spannungsstabilisiertes Netzteil mit den Spannungen +12 V und -12 V

Claims (16)

1. Einrichtung zur Regelung und Überwachung einer physikalischen Größe einer Flüssigkeit, insbesondere des pH-Wertes, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Istwertgeber (20), insbesondere für den pH-Wert, in einem die Flüssigkeit enthaltenden Behälter (2) angeordnet ist, in den in Abhängigkeit vom Ist-Wert ein den Wert erhöhendes oder erniedrigendes Zusatzmittel eingebbar ist, daß in einem Ablauf des Behälters (2) ein zweiter Istwertgeber (22) angeordnet ist, daß der erste Istwertgeber (20) und ein erster Sollwertgeber (21) an eine erste Vergleichsschaltung (34) angeschlossen sind, daß die erste Vergleichsschaltung (34) zwei Ausgänge für je ein das Überschreiten oder Unterschreiten einer Grenze des Sollwerts anzeigendes Signal aufweist, daß mit dem einen Ausgang eine erste und eine zweite Zeitschaltung (36, 39) verbunden sind, daß die Zeitschaltungen (36, 39) über ein Stellglied (37) und eine Dosiereinheit (38) das Öffnen eines Magnetventils (8) bzw. die Einschaltung einer Pumpe für die Zugabe des ersten Zusatzmittels steuern bzw. über ein Stellglied (40) eine Alarmschaltung (48) betätigen, daß mit dem anderen Ausgang eine dritte und vierte Zeitschaltung (41, 44) verbunden sind und daß die Zeitschaltungen (41, 44) über ein Stellglied (42) und eine Dosiereinheit (43) das Öffnen eines Magnetventils (9) oder die Einschaltung einer Pumpe für die Zugabe des zweiten Zusatzmittels steuern bzw. über ein weiteres Stellglied (45) die Alarmschaltung 48 betätigen.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Überschreitung oder Unterschreitung je einer für den Sollwert vorgegebenen Grenze mittels der jeweiligen Zeitschaltung (36, 41) das entsprechende Magnetventil (8, 9) oder die Pumpe für eine vorbestimmte Zeit geöffnet bzw. eingeschaltet sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungszeit des jeweiligen Magnetventils (8, 9) oder die Einschaltzeit der Pumpe durch die jeweilige Zeitschaltung (39, 44) begrenzt ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Istwertgeber (22) und ein zweiter Sollwertgeber (23) an eine zweite Vergleichsschaltung (35) angeschlossen sind, die zwei Ausgänge für je ein das Überschreiten oder Unterschreiten einer Grenze des Sollwerts anzeigendes Signal aufweist und mit den Ausgängen jeweils Stellglieder (46, 47) verbunden sind, an die die Alarmschaltung (48) angeschlossen ist.

5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem von einem Stellglied (40, 45, 46, 47) ausgelöster Alarm alle Magnetventile (8, 9) geschlossen bzw. alle Pumpen abgeschaltet und mehrere optische und akustische Signale ausgelöst werden.

6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als erster Istwertgeber eine Meßelektrode (18) vorgesehen ist, die eine dem pH-Wert proportionale Spannung (10) erzeugt, die über einen Impedanzwandler (28), der einen Operationsverstärker mit einem Feldeffekttransistor-Eingang (v 1) aufweist, einem Filter (29) zuführbar ist, dem eine zweistufige Verstärkerschaltung (30) nachgeschaltet ist.

7. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als zweiter Istwertgeber eine Meßelektrode (19) vorgesehen ist, die eine dem pH-Wert proportionale Spannung (11) erzeugt, die über einen Impedanzwandler (31), der einen Operationsverstärker mit einem Feldeffekt-Transistor-Eingang (v 4) aufweist, einem Filter (32) zuführbar ist, dem eine zweistufige Verstärkerschaltung (33) nachgeschaltet ist.

8. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Sollwert (21, 23) je eine obere und eine untere Grenze zugeordnet ist und daß die Grenzen unabhängig voneinander einstellbar sind.

9. Einrichtung nach einemm der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß den Stellgliedern (40, 45, 46, 47) eine einzige Alarmschaltung (48) nachgeschaltet ist.

10. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellglieder (40, 45, 46, 47) jeweils als bistabile Kippstufe ausgebildet sind.

11. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Vergleichsschaltung (34, 35) den jeweils gemessenen und aufbereiteten Istwert (20, 22) des Sollwerts unabhängig voneinander mit der oberen und unteren Grenze vergleichen.

12. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das der zweiten Zeitschaltung (39) nachgeschaltete Stellglied (37) und das der vierten Zeitschaltung (44) nachgeschaltete Stellglied (45) jeweils nach Ablauf der vorgegebenen maximalen Öffnungszeit für die Magnetventile (8, 9) oder für die Einschaltdauer der Pumpen ein Stellglied (40, 45) beaufschlagen, über das die Alarmschaltung (48) angesteuert wird.

13. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkerschaltungen (30, 33) je aus einem als nichtinvertierenden Verstärker (51, 53) beschalteten Operationsverstärker und einem als invertierenden Verstärker (52, 54) beschalteten Operationsverstärker bestehen.

14. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die für die Verstärkerschaltungen (30, 33) jeweils benötigten zwei Operationsverstärker in einem integrierten Schaltkreis angeordnet sind.

15. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils durch ein Potentiometer innerhalb der Beschaltung des nichtinvertierenden Verstärkers (51, 53) das Potential der Meßspannung verändert werden kann.

16. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß durch ein Potentiometer innerhalb der Beschaltung des invertierenden Verstärkers (52, 54) der Verstärkungsfaktor für die Meßspannung verändert werden kann.