DE8907208U1

DE8907208U1 - Lehrgerät für die Regelungstechnik

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Publication number: DE8907208U1
Application number: DE8907208U
Authority: DE
Original assignee: Elwe-Lehrsysteme 3302 Cremlingen De GmbH
Current assignee: Elwe-Lehrsysteme 3302 Cremlingen De GmbH
Priority date: 1989-01-11
Filing date: 1989-06-13
Publication date: 1989-07-27

Description

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Lehrgerät für die Regelungstechnik

Die Erfindung betrifft ein Lehrgerät für die Regelungstechnik mit sinem mit Flüssigkeit füllbaren Gefäß, das einen Zulauf, einen Ablauf, wenigstens einen durchsichtigen Wandabschnitt und ei.wd über seine Höhe im wesentlichen gleichbleibenden Innenquerschnitt aufweist.

Derartige Lehrgeräte, die auch Regelstreckenmodelle (Niveau-Regelstrecke) genannt werden, dienen dazu,

IQ vor allem Schülern und anderen Lernenden die Eigenschaften von Regelstrecken optisch anschaulich darzustellen. Anhand des Flusses in und aus dem Gefäß und des Flüssigkeitsniveaus in dem Gefäß erkennt der Lernende die Zusammenhänge zwischen den in der Regelungstechnik wichtigen Größen. Die Regelschaltungen selbst sind aufgrund ihres komplizierten Aufbaues im allgemeinen nicht ohne weiteres zu verstehen. Zur besseren Darstellung sind die Flüssigkeiten häufig stark angefärbt, um die Bewegungsabläufe besonders plastisch zu machen.

Derartige Lehrgeräte sind beispielsweise als Ausstattung ELWE TG9.2 bekannt. Beschreibungen finden sich

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beispielsweise in dem Katalog "Steuerungs- und Re-

gelungstechnik" (Kat.TG 9-86) der Anmelderin oder

•ti auch in der DE 33 37 149 Al. Das dem Betrachter zu-

gewandte, im allgemeinen vollständig durchsichtige &igr; 5 Gefäß mit kreisförmigem oder rechteckigem Querschnitt &idiagr; ist mit einem Zulauf, einer förderleitung, verbunden,

durch die ihm Flüssigkeit zugeführt werden kann, während aus einem Ablauf, einer Rücklaufleitung, Flüssig

keit abfließen kann. Zulauf und Ablauf sind über eine

' 10 Pumpe mit einem Vorratstank verbunden. Die 'egelstrecke, die dem Lernenden in ihrer Funktion vor Augen geführt werden soll, wirkt auf die Pumpe sowie in dem Flüs- ;'- sigkeitskreislauf angeordnete Ventile ein.

Bei praktischen Lehrversuchen wird dem Gefäß über den Zulauf in der zeitlichen Abhängigkeit, wie sie durch das Experiment an der Regelstrecke gegeben ist, Flüssigkeit zugeführt, die das Gefäß mehr oder weniger anfüllt. Gleichzeitig strömt die Flüssigkeit über den Ablauf entsprechend der Vorgaben wieder aus dem Gefäß. Erfaßt wird nun in bestimmten, zeitlichen Abständen der Pegelstand der Flüssigkeit im Gefäß. ' Um den Pegelstand ablesen zu können, ist das Gefäß

mit einer Skaleneinteilung versehen. Alternativ können auch vorgesetzte Klarsichtfolien auf dem Gefäß angebracht sein, die eine Skaleneinteilung aufweisen &ugr;Pd beschriftet werden können. Die Pegelstände werden von der Skaleneinteilung abgelesen und aufgezeichnet oder auf der Klarsichtfolie eingetragen. Es ergibt sich eine Darstellung der zeitlichen Abhängigkeit des Pegelstandes. Das Erfassen der Pegelstände zu gewissen Zeitpunkten führt in &aacgr;&tgr;&tgr; Praxis jedoch zu Nachteilen. Der Lernende muß seine Aufmerksamkeit im wesentlichen seiner Uhr zuwenden, um jeweils zum richtigen Zeitpunkt abzulesen oder auf der Klarsichtfolie einzutragen. Das Lernziel besteht jedoch nicht

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darin, das Ablesen von Meßwerten zu erlernen, sondern die Funktion einer Regelstrecke und die mit ihr durchgeführten Maßnahmen zu erfassen. Genau der mit dem Experiment angestrebte Vorteil der Anschaulichkeit

B durch den fallenden und steigenden Flüssigke.itsspiogel und die Bewegungsabläufe geht auf diese Weise wieder verloren.

Der Lernende kann nicht unmittelbar die Entstehung und den Verlauf der zeitlichen Abhängigkeit des Pegelstandes mitverfolgen. Obwohl das bekannte Lehrgerät als solches sehr deutlich die Eingangsgröße, den momentanen Wert der Regelgröße und die Ausgangsgröße erkennen läßt, fehlt die entsprechende, anschauliche Brücke zur später erstellten graphischen Darstellung.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, ein Lehrgerät der eingangs genannten Art vorzuschlagen, bei dem das zeitliche Verhalten der Regelstrecken noch anschaulicher und einfacher darstellbar ist.

Diese Aufgabe wird bei dem gattungsgemäßen Lehrgerät gelöst durch wenigstens zwei in das Gefäß einsetzbare, isolierte, voneinander beabstandete, parallel zueinander stehende Elektroden mit auf ihrer Länge gleichbleibendem Querschnitt, die auf ihrem Umfang von einer Schicht aus einem isolierenden, für die verwendete Flüssigkeit beständigen Material mit über die Länge der Elektroden konstanter Dicke mit einer Dielektrizitätskonstante von mehr eis 1 umgeben und an eine Wechselspannungsquelle angeschlossen sind.

Mit einer derartigen Konstruktion wird es möglich, ganz auf das Ablesen von analogen Skalenwerten und dgl. zu verzichten. Der jeweils aktuelle Pegelstand der Flüssigkeit in den; Gefäß bewirkt sine praktisch lineare Änderung der Kapazität der Elektroden

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mit der Füllstandshöhe. Diese Kapazitätsänderung kann umgesetzt werden, um beispielsweise eine simultane Aufzeichnung des zeitlichen Verlaufs der analogen Werte zu erreichen. Der Lernende kann sich voll auf die Beobachtung des Ablaufs konzentrieren und hat die Möglichkeit, die Dynamik des Vorgangs mit der Aufzeichnung zu vergleichen. Noch einfacher wird es, wenn der Werteverlauf von einem Transientenrecorder

Auch ohne eine Aufzeichnung können bereits Vorteile erzielt werden. Beispielsweise kann die Kapazitätsänderung zur Versorgung einer digitalen Anzeige mit Werten genutzt werden, die der Lernends nur noch nebenbei registrieren muß.

Von besonderem Vorteil ist, daß der Wert für die Kapazität tatsächlich linear mit der Füllstandshöhe anwächst. Der Grund dafür ist folgender: Es bildet sich eine Parallelschaltung aus zwei Reihen von Kapazitäten, und zwar je eine oberhalb und unterhalb des Fiüssigkeitsspiegels. Oberhalb des Flüssigkeitsspiegels wirkt der Luftraum zwischen den beiden Elektroden praktisch als Isolator, unterhalb der Flüssigkeitsoberflache wirkt demgegenüber die Flüssigkeit praktisch als Leiter, zumindest im Verhältnis zu der Luft. Es addieren sich damit gemäß den Regeln für Reihen- und Parallelschaltung von Kapazitäten eine minimale Kapazität oberhalb des Flüssigkeitsspiegels (in praktischen Messungen etwa 2 oder 3 Picofarad) und eine durchaus meßbare Kapazität unterhalb des Flüssigkeitsspiegels, die von der Füllstandshöhe abhängt. Sie besteht aus zwei einzelnen, hintereinander geschalteten Kapazitäten, die sich in den beiden Elektroden in der Schicht mit der Dielektrizitätskonstante bilden. Da ss sich dabei im wesentlichen um koaxiale

Zylinder handelt, gelten hierfür die entsprechenden Tormeln:

C * 2rct_ml /61 (^ /77-)

Die beiden Elektroden sind hier hintereinander geschaltet, so daß wie bei jeder Serienschaltung gilt:

1/C . = 1/C. + 1/C_O.

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Da die Füllstandshöhe natürlich für beide Elektroden gleich ist, besitzen sie auch die gleiche relevante Länge des Zylinders (das gleiche 1), und damit die gleiche Kapazität. Damit ergibt sich für die Gesamtkapazität :

C _± = v£C.

t /Cn

Mit Ausnahme der unterhalb der Flüssigkeitsoberfläche befindlichen Länge 1 der Elektroden sind sämtliche Faktoren dieser Formel für das jeweilige Gefäß konstant. Damit aber ergibt sich eine lineare Abhängigkeit der Gesamtkapazität von der Füllstandshöhe der Flüssigkeit. Zu berücksichtigen ist dann noch, daß die minimale Füllstandshöhe im allgemeinen nicht mit dem unteren Anfangspunkt der Elektroden übereinstimmen wird. Zur Vermeidung von Inhomogenitäten wird man die Füllstandshöhe, also die Höhe des Flüssigkeitsspiegels, zwischen einem minimalen und einem maximalen Wert halten, die beide einen gewissen Abstand von den Enden der Elektroden halten. Damit ergibt sich jedoch keine Änderung der linearen Beziehung, sondern lediglich die Berücksichtigung eines konstanten Summanden in der Ka^azitätsformel.

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Tatsächlich bestätigen die praktisch ermittelten Werte die streng lineare Abhängigkeit der Koppelkapazität von der Füllstandshöhe. Je nach verwendeter Flüssigkeit und Dielektrizitätskonstante der die Elektroden umgebenden Materialien sowie der Dicke dieser Materialien bewegen sich die tatsächlich gemessenen Werte (gemessen bei etwa 20 kHz) in der Größenordnung von beispielsweise 40 pF (minimale Füllstandshöhe) bis 9&Pgr; pF (maximale Füllstandshöhe).

Andere Überlegungen zur Füllstandshöhenmessung haben sich als weniger geeignet erwiesen. So bestünde grundsätzlich die Möglichkeit, mit planparallelen Platten zu arbeiten, von denen die eine gleich als Wandung des Behälters verwendet wird. Zwischen diesen Platten könnte die Flüssigkeit als Dielektrikum verwendet werden. Es ergäbe sich dann also nur eine Kapazität zwischen den beiden Platten mit der Dielektrizitätskonstante der Flüssigkeit. Nachteil ist die sehr viel kleinere Koppelkapazität in diesem Falle. Ein Sandwich-Dielektrikum ist ungünstig; darüber hir3us ist die Wandstärke des gezogenen Behälters im allgemeinen nicht genügend konstant, so daß es automatisch zu Nichtlinearitäten kommen wird. Außerdem entsteht durch Benetzung zwischen den Platten eine Kapillarwirkung; bei steigender Flüssigkeit entstehen andere Werte als bei fallender.

Weniger günstig ist es auch, die Masse der im Gefäß befindlichen Flüssigkeit zur Bestimmung der Füllstands höhe einzusetzen, etwa indem sie als Gewicht auf eine Druckdose oder auf Federn wirkt. Die sich ergebenden Messungen sind verhältnismäßig ungenau, werden darüber hinaus von der gerade aktuellen Strömung beeinflußt (etwa durch den Impuls, den die aus dem Zulauf in das Gefäß strömende Flüssigkeit ausübt). Schließlich

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müßte auch ein solcher mechanischer Wert erst wieder elektrisch umgesetzt werden. Letztendlich wäre eine solche Kombination auch verhältnismäßig kostspielig.

Im allgemeinen werden für das Lehrgerät paarweise

Elektroden eingesetzt. In einer bevorzugten Ausführungsform besitzt das Lehrgerät genau zwei Elektroden. Es ist zwar möglich und könnte zum Herausmitteln von Ungenauigkeiten etwa durch geringfügigen Wellenschlag in dem Gefäß eingesetzt werden, wenn mehr als zwei Elektroden eingesetzt werden, also vier, sechs oder weitere ganzzahlige Vielfache von zwei. Im allgemeinen dürfte dies jedoch nicht erforderlich sein, so daß ein Lehrgerät mit zwei Elektroden preisgünstiger und einfacher herzustellen ist.

Besonders einfach ist es auch, wenn die Elektrodenstäbe mit kreisförmigem Querschnitt sind. Davon ist in der vorstehenden Berechnung auch ausgegangen worden, um die verhältnismäßig einfachen Formeln für koaxiale Zylinder verwenden zu können. Andere Profile, beispielsweise mit quadratischem, dreieckigem, rechteckigem Querschnitt bis hin zu Platten sind zwar ebenfalls einsetzbar und führen auch zu einer linearen Abhängigkeit der Koppelkapazität von der Füllstandshöhe, sie bringen aber gegenüber den einfacher herzustellenden Stäben mit kreisförmigem Querschnitt keinen Vorteil.

Grundsätzlich könnte auch das Material mit der festgelegten Dielektrizitätskonstante über den Kreisumfang eine variable Dicke haben, solange diese Dicke jeweils über die Länge der Elektrode betrachtet konstant ist. Für eine solche Konstruktion mit variabler Dicke des Materials ist allerdings kein Vorteil gegenüber einer Elektrode ersichtlich, die über ihre Länge und ihren Umfang mit einem Material konstanter Dicke

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umgeben ist.

Dieses Material besteht vorzugsweise aus einem Lack mit den angegebenen Eigenschaften. Alternativ kann g auch ein Schrumpfschlauch verwendet werden.

Besonders günstig herstellen läßt sich das Lehrgerät, wenn das Gefäß ein Behsltsr mit kreisförmigem Querschnitt ist. Derartige Behälter sind widerstandst·- higer und auch billiger herzustellen als solche etwa mit rechteckigem Querschnitt.

Zweckmäßig ist es. wenn die Elektroden senkrecht zur Flüssigksitsoberflache angeordnet sind. Dann ist ihre Parallelität em besten zu kontrollieren, und sie sind am leichtesten in ihrer Stellung zu halten. Es ist allerdings auch möglich, beide schräg in der Flüssigkeit anzuordnen, solange sie parallel zueinander stehen Bei schrägstehenden Elektroden bleibt die lineare

Abhängigkeit der Kapazität von der Füllstandshöhe

erhalten, die Steigung dieser linearen Geraden nimmt sogar zu, da bei schrägstehenden Elektroden mit steigendem Flüssigkeitsspiegel eine jeweils umso größere Strecke bedeckt wird.

Der Zweck des Lehrgerätes besteht darin, dem Lernenden einen plastischen Eindruck von den Auswirkungen der Regelstrecke zu geben, und zwar anhand des Flüssigkeitsspiegels. Durch Betrachtung der erfindungsgemäße

Umsetzung der Füllstandshöhe in elektrische Daten

würde er lediglich abgelenkt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform besitzt das Gefäß daher eine undurchsichtige Zwischenwand, die den dem Betrachter zugewandten Wendabschnitt von den Elektroden trennt, so daß er diese nicht im Blickfeld hat.

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Von besonderem didaktischen Wert ist es, wenn vertikal neben dem Füllstandsbehälter ein Sollwerteanzeigegerät angeordnet wird, vorzugsweise mit einer Kette von Leuchtdioden. Eine leuchtende Diode, eine LCD oder eine andere kontrastbildende Anzeigeeinrichtung markiert für den Lernenden eine Sollwertvorgabe. Das Regelverhalten des Modells kann so äesandars pisstisch vor Augen geführt werden, cfc der zu erreichende Sollwert im eingeschwungsnsn Zustand gleichzeitig im Blick felii behalten werden kann.

Zweckmäßig werden die Elektroden über einen Strom-/ Spannungswandler snt einer Anzeige- ynd/oder Aufzeichnungseinricbtung verbunden. Eine Anzeigeeinrichtung erleichtert das Notieren der Da* ;, eine Aufzeichnjngseinrichtung macht es gänzlich überflüssig, da dia jeweilige Füllstandshöhe ohnehin notiart wird.

Um die Erdfestigkeit des Lehrgerätes bzw. seiner Auswerteschaltung zu verbessern, kann ein Multivibrator vorgesehen werden, dessen zeitbestimmendes Glied von den Elektroden gebildet wird. Der Ausgang des Multivibrators kann ggf. über einen Tiefpaß an die Anzeige- und/oder Aufzeichnungseinrichtung angeschlossen werden

Unter bestimmten Bedingungen, nämlich wenn sehr starke Radiosender oder dgl. in der Nahe sind, kann eine Störung in die Kondensatoren eingekoppelt werden, wenn der Benutzer mit seiner Hand oder anderweitig in die Nähe des Lehrgerätes kommt. Durch die entstehenden Störungen könnten u.U. die Meßwerte verfälscht werden. Der Grund liegt darin, daß über die Hand ein kapazitiver Nebenweg entsteht, der die Mitte zwischen den beiden Kapazitäten mit der Hand und damit mit

Masse verbindet. Zwischen der Mitte und Messe ist

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somit die zweite Kapazität und dieser Nebenschluß parallel geschaltet.

Zur Abstellung dieses evtl. örtlich bedingt auftretenden Problems kann eine konstruktive Abwandlung vorgenommen werden. Eine dritte Elektrode wird in dem Gefäß vorgesehen, die mit einer Ansteuerschaltung über ein Generatorsignal die Mitte zwischen den beiden Kapazitäten auf einem vorbestimmten Spannungswert hält.

Alle Fehlst!öme werden somit zur Masse hin abgeleitet, ohne den Meßwert zu beeinträchtigen. Die Elektrode wird mit einem Impedanzwandler oder Operationsverstärker niederohmig mit halber Generatorspannung gespeist. In der Praxis zeigt sich, daß das Niveau des Fehlersignals auf eine Größenordnung von etwa 1/100 gesenkt werden kann. Dadurch kann auch in extremen geographischen Lagen der Fehler vernachlässigt werden.

Das vorgeschlagene neue Gerät ist sehr wirtschaftlich.

Es benötigt nur wenige einfache Bauteile, ist daher praktikabel zu fertigen und zu warten. Im Falle von Reparaturen, etwa dem Ersatz gesprungener Gefäße, ist dies leicht und kostensparend durchzuführen. Durch das Dielektrikum auf den Elektroden wird zugleich die Korrosion der Oberflächen und das in-Lösung-gehen der Metallionen verhindert.

Im folgenden wird anhand der Zeichnungen ein bevorzugtes AusfJhrungsbeispiel der Erfindung im einzelnen beschrieben.

Üs zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht des Gefäßes mit zwei

Elektroden,
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Schnittes

durch eine Elektrode,

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Fig. 3 vier Ansichten des Gefäßes und Fig. 4 ein Blockscheltbild der Meßelektronik. Fig. S eine echemetische Darstellung der Scheltung '

mit zusätzlicher Elektrode. k

I Die in Fig. 1 dargestellte echematische Ansicht eines Gefäßes 10 zeigt die zylindrische Wandung 11 des Gefäßes 10, den Boden 12 und den Deckel 13. In dem Gefäß befindet sich eine Flüssigkeit 16, deren Flüssigkeitsspiegel 17 bis zur Höhe 1 reicht.

Senkrecht in der Flüssigkeit 16 und parallel zueinander stehen zwei Elektroden 21 und 22. Ihr Abstand voneinander e ist sehr viel größer als ihr Innendurchmesser. Die Elektroden 21 und 22 erstrecken sich in etwa vom Boden 12 bis zum Deckel 13, sie können diesen euch durchragen.

In Fig. 2 ist ein Schnitt durch eine der beiden Elektroden 21,22 im einzelnen gezeigt. Zu erkennen ist wiederum die umgebende Flüssigkeit 16, die beispielsweise Wasser, insbesondere gefärbtes Wasser, sein kann. Möglich ist auch die Verwendung von destilliertem UaeeOT· _

In der Flüssigkeit 16 steht die Elektrode 21, die

aus einem Metallkern 23, der eigentlichen Elektrode und einem den Metallkern 23 umgebenden Dielektrikum besteht. Das Dielektrikum ist eine Schicht 24 aus einem Material, dessen Dielektrizitätskonstante C

3Ö größer ist els I₁ insbesondere sehr viel größer als

1. Das Material der Schicht 24 ist wasserunlöslich ^h

bzw. unlöslich in der verwendeten Flüssigkeit 16. Es ist korrosionsfest und isoliert den Metallkern 23 von der Flüssigkeit.

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Der Metallkern 23 besitzt einen kreisförmigen Querschnitt und einen Innenradius r,. Der Querschnitt der Schicht 24 ist eine Kreisschale mit dem Innenradius r^ und dem Außenradius r .

Fig. 3 zeigt in vier Ansichten das Gefäß 10 im einzelnen. Es besitzt wiederum eine zylindrische Wandung 11, einen Boden 12 und einen Deckel 13. In dem Deckel 13 befindet sich ein Zulauf 14. Im Boden 12 befindet IQ sich ein Ablauf 15. Auf der zylindrischen Wandung 11 ist eine Skalierung 18 angebracht, um die Auf- und Abwärtsbewegungen des Flüssigkeitsspiegels 17 besser beobachten zu können.

Zulauf 14 und Ablauf 15 sind zentral in der Längsachse des Gefäßes 10 angeordnet.

Symmetrisch auf zwei einander gegenüberliegenden Seiten des Gefäßes 10 stehen parallel zur Längsachse des Gefäßes und parallel zueinander zwei Elektroden und 22. Sie ragen jeweils durch Boden 12 und Deckel 13 des Gefäßes, um besseren Halt zu haben. Dabei ist das Gefäß 10 an den entsprechenden Stellen mit Dichtungen 19 versehen, um Flüssigkeitsverluste zu vermeiden. Schrauben oder Muttern 25 sorgen für festen Halt der Elektroden 21 und 22. Die Elektroden 21 und 22 sind dabei auf nicht dargestellte Weise mit einer Wechselspannungsquelle verbunden.

In der Fig. 3c sind außerdem weitere Elektroden 27a,b,c, d angedeutet, die zusatzlich in dem Gefäß engeordnet sein können.

Der Betrachter sieht auf das Gefäß in Fig. 3a von vorn, in Fig. 3b von rechts und in Fig. 3c von unten.

Zwischen ihm und den beiden Elektroden 21 und 22 sowie dem Zulauf 14 und dem Ablauf 15 ist eine Zwischenwand oder Kontrastfläche 30 angeordnet. Diese besteht aus einem undurchsichtigen Material, ist ebenfalls flüssigkeitsbeständig und nicht etromdurchflossen.

Diese Zwischenwand schirmt die Einzelheiten der Konstruktion von dem Betrachter ab, der durch sie lediglich von der Beobachtung des wechselnden Flüssigkeitsspiegels 17 abgelenkt werden würde.

Auf der linken Seite des Gefäßes 10 in Fig. 3a ist ein Sollwerteanzeigegerät 60 schematisch angedeutet. Es besteht aus einer Kette von vertikal angeordneten Leuchtdioden 61, von denen nur einige angedeutet sind.

Während des Einschwingvorgangs des Regelstreckenmodells kann eine leuchtende Diode 61 den angestrebten Sollwert kenntlich machen und so den Lerneffekt erhöhen.

Fig. 4 zeigt schematisch ein Beispiel für eine Auswerteschaltung, nämlich ein Blockschaltbild einer Meßelektronik 40. Eine Wechselspannungsquelle 41 ist mit der Meßstelle 42 im Gefäß 10 verbunden. D.h. sie ist in elektrischer Verbindung mit der ersten Elektrode 21. Die zweite Elektrode 22 ist elektrisch an einen Stromspannungswandler 43 angeschlossen. Die Meßstelle 42 gibt den aktuellen Strom I an den Stromspannungswandler 43 weiter, der abhängig von der Höhe 1 des Flüssigkeitsspiegels 17 in dem Gefäß 10 und der dadurch entstehenden Kapazität C . fließt. Der Stromspannungswandler 43 formt diesen Strom I in eine Spannung

U um. Es handelt sich nach wie vor um eine Wechseini

spannung. Diese wird in einem Wechselspannungs/ Gleichspannungs-Transformator in einen Gleichspannungswert umgewandelt. Dieser steht an einem Abgriff 45 zur 35

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Verfügung. Dort liegt dann eine Gleichspannung U.

an, die linear abhängt von der Füllstandshöhe 1 des Flüssigkeitsspiegels 17.

In einem zweiten Zweig wird von der Wechselspannungsquelle 41 die Wechselspannung direkt einem zweiten Transformator 46 zugeführt und einer automatischen Regelung 47 als Gleichspannung weitergeleitet, die daraus eine Referenzspannung U ,, macht und dann einem Abgriff 48 zur Verfügung stellt.

Außerdem kann von einer fest vorgegebenen Referenz Gleichspannung über einen regelbaren Widerstand 49 eine einstellbare Referenzspannung an einem Abgriff 50 zur Verfügung gestellt werden. Nach Wahl kann nun die Spannung U. . vom Abgriff 45 entweder mit der Spannung U ,.vom Abgriff 48 oder vom Abgriff 50 in einem Verstärker 51 verglichen werden. An diesen Verstärker können Anzeige- und/oder Aufzeichnungsgerete angeschlossen werden.

Fig. 5 zeigt ein schematisches Schaltbild für die Situation im Gefäß des Lehrgerätes. Duri.h die beiden Elektroden bzw. durch ihren unterhalb des Flussigkeitsspiegels befindlichen Teil werden elektrisch gesehen die beiden Kapazitäten C- und C_? gebildet. Diese sind miteinander bzw. mit der virtuellen Masse und der Spannungsquelle U&ldquor; leitend verbunden, wobei die leitende Verbindung durch die Flüsrii^dit hergestellt wird. Handempfindlichkeit kann nun entstehen, wenn ^gestrichelt dargestellt) in Bereichen mit starken Radiosendern oder dgl. die Hand des Benutzers in die Nähe des Gefäßes gebracht wird. Über die von der Hand gebildeten Handkapazität C,, kann jetzt ein Fehlstrom eingekoppelt werden, da elektrisch die Kapazitäten C&ldquor; sowie Cj, parallelgeschaltet sind.

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Abhilfe entsteht, indem eine dritte Elektrode in das Gefäß eingeführt wird, die an dem Punkt P von einem Impedanzwandler oder Operationsverstärker niederohmig mit U-/2 gespeist wird. Damit wird die Wirkung von

Cu neutralisiert.

Diese zusätzliche oder Hilfselektrode kann in dem Gefäß im Bereich von Zulauf 14 und Ablauf 15 (vgl. Fig.3a) eingesetzt werden. Sie muß nicht notwendig genauso ausgeführt werden wie die übrigen paarweise angeordneten Elektroden.

Claims

1 Ansprüche

1. Lehrgerät für die Regelungstechnik mit einem mit Flüssigkeit füllbaren Gefäß, das einen Zulauf, einen Ablauf, wenigstens einen durchsichtigen Wandabschnitt und einen Ober seine Höhe im wesentlichen gleichbleibenden Innenquerschnitt aufweist, gekennzeichnet dt?? eh wenigstens zwei in das Gefäß einsetzbare, isolierte, voneinander beabstandste, parallel zueinander stehende Elektroden (21,22)mzt auf ihrer Ls:.gs gleichbleibendem Querschnitt, die auf ihrem Umfang von einer Schicht {24} aus einem isolierenden, für die verwendete Flüssigkeit (16) beständigen Material mit über die Länge der Elektroden (21,22) konstanter Dicke mit einer Dielektrizitätskonstante von mehr als 1 umgeben und an eine Wechselspannungsquelle (41) angeschlossen sind.

2. Lehrgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß paarweise angeordnete Elektroden vorgesehen sind.

3. Lehrgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß genau zwei Elektroden (21,22) vorgesehen sind.

4. Lehrgerät nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich eine weitere Elektrode vorgesehen ist, die mit e*ner vorgegebenen Spannung gespeist wird.

5. Lehrgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Elektrode durch einen Impedanz-'andlar niederohmig mit der halben Generatorspannung gespeist wird.

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6. Lehrgerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (21,22) Stäbe mit kreisförmigem Querschnitt sind.

7. Lehrgerät nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Schicht l?.4) ein Lack ist.

B. Lehrgerät nach einem dar vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Schicht (24) aus einem Schrumpfschlauch besteht.

9. Lehrgerät necft einsY der vorstehenden Anspruchs₄ dadurch ijefcennzeieiv ;>t, daß das Gefäß (10) ein Sehälter mit kreisförmigem Querschnitt ist.

10. Lehrgerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (21,22) senkrecht zur Flüssigkeitsoberfläche (17) angeordnet sind.

11. Lehrgerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gefäß (10) eine undurchsichtige Zwischenwand (30) aufweist, die den dem Betrachter zugewandten Wandabschnitt von den Elektroden (21,22) trennt.

12. Lehrgerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß neben dem Füllstandsbehälter ein vertikal angeordnetes Sollwerteanzeigegerät vorgesehen ist.

13. Lehrgerät nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Sollwerteanzeigegerät eine Kette von Leuchtdioden aufweist.

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14. Lehrgerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (21,22) über einen Strom-/Spannungswandler (43) mit einer Anzeige- und/oder Aufzeichnungseinrichtung verbunden sind.

15. Lehrgerät nach einem der· vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Multivibrator vorgesehen ist, dessen zeitbestimmendes Glied von den Elektroden (21,22) gebildet wird und dessen Ausgang an die Anzeige- und/oder Aufzeich«"ungseinrichtung angeschlossen ist.

16. Lehrgerät nach Anspruch 1.4 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufzeichnungseinrichtung einen Transientenrecorder zur quasianalogen Wiedergabe der aufgezeichneten Werte in zeitlicher Folge aufweist.

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