JP2539757B2 - Ｐｖｔ測定方法及びその測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、サンプル試料の圧力−
容積−温度の関係（以下、ＰＶＴ特性と略記する。）を
測定する方法及びその測定装置に関するものであり、特
に、自由度が３となる複合型のＰＩＤ制御によるＰＶＴ
測定方法及びその測定装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】熱可塑性及び熱硬化性樹脂の成形技術分
野においては、近年、コンピュータ・シミュレーション
による流れ解析・金型設計が盛んに行われている。樹脂
のＰＶＴ特性は、そのコンピュータ・シミュレーション
の基礎となる重要なデータである。そして、ＰＶＴ測定
装置をコンピュータ制御することにより、その特性デー
タを取得している。図４は、従来のＰＶＴ測定装置の制
御系を示す概略図である。また、図５は、その制御信号
のフローを示すブロック図であり、図４と同一要素には
同一符号が付されている。

【０００３】ここで、従来のＰＶＴ測定装置のコンピュ
ータ制御を、図４及び図５を参照しつつ説明する。図示
したＰＶＴ測定装置は、測定対象のサンプル試料１０１
を封入した圧力容器１０２と、該圧力容器１０２に近接
して配設され、この圧力容器１０２を加熱するためのヒ
ータ１０３と、この圧力容器１０２の上部に介装された
差動トランス１０４と、サンプル試料１０１の温度制御
を行うマイクロコンピュータ１０５と、温度制御プログ
ラムを出力するプログラム発生器１１０とを備えてい
る。上記圧力容器１０２の内部には、測定対象のサンプ
ル試料１０１が充填されたベローズ１０６と、該ベロー
ズ１０６を包囲して外部より所定の圧力で加圧して充填
された圧力媒体１０７とが封入されており、更に、ベロ
ーズ１０６の可動部には、先端にコア１０８を有するロ
ッド１０９が取り付けられ、このコア１０８は、上記差
動トランス１０４のほぼ中央に位置するように介装され
ている。また、上記ベローズ１０６には、サンプル試料
１０１の温度を検出する熱電対等の温度検出器１１１を
備えている。

【０００４】このような構成から成るＰＶＴ測定装置に
おいて、マイクロコンピュータ１０５は、温度制御プロ
グラムにより指示された温度と、マイクロコンピュータ
１０５にフィードバックされた上記サンプル試料１０１
の温度との差に基づき、ＰＩＤ制御部１０５ａに指示し
て、ヒータ１０３の加熱量をＰＩＤ制御する。これによ
り、サンプル試料１０１の所定の温度において、外部よ
り加圧された所定の圧力におけるこのサンプル試料１０
１の容積の変化が、ベローズ１０６の伸縮による、ベロ
ーズ１０６に取付けたロッド１０９の先端のコア１０８
の上下変位量として、差動トランス１０４で検出される
ので、サンプル試料１０１の比容積が測定され、その繰
り返しによりサンプル試料１０１のＰＶＴ特性が測定さ
れる。図６は、上述したＰＩＤ制御下におけるサンプル
試料１０１の温度の、単純なステップ入力温度に対する
過渡応答を示すものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＰＶＴ
測定における従来のＰＩＤ制御においては、図６からも
わかるように、昇温状態から所定保持温度への移行時に
オーバーシュートを生じるため、比容積変化を測定して
も、それがヒータからの熱による温度変化に基づくもの
であるのか、或いはサンプル試料の化学反応に基づく比
容積変化であるのかを区別することが困難であり、その
ため、サンプル試料の化学反応に基づく比容積変化を精
密に測定することができなかった。また、上記オーバー
シュート後に続くハンチング現象は、上記比容積の波状
の変化として現れるため、この点でも比容積変化を精度
よく測定することができなかった。

【０００６】さらに、上記オーバーシュートやハンチン
グ現象により圧力容器やベローズ、ロッド等に生じた非
定常な温度分布は、これらの圧力容器等に部分的な熱歪
みを生ぜしめるため、検出されたコアの変位がサンプル
試料を封入したベローズの長手方向の伸縮を正確に表わ
さなくなり、その結果、上記比容積変化を精度よく測定
することができなかった。さらにまた、圧力容器等の肉
厚により、温度制御プログラムにより指示される温度に
対する実際のサンプル試料の温度の応答遅れが生ずるた
め、時々刻々変化する入力温度に対応する比容積変化を
迅速に測定することができず、特に設定温度の変化率に
変動がある測定条件での精密な測定は不可能であった。

【０００７】本発明の技術的課題は、上述した不具合を
解消したＰＶＴ測定方法及びその測定装置を提供するこ
とにあり、さらに具体的には、サンプル試料のＰＶＴ特
性を応答よく高精度に測定することができ、それによっ
て設定温度の変化率に変動がある測定条件でのＰＶＴ特
性の精密な測定を可能にしたＰＶＴ測定方法及びその測
定装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明のＰＶＴ測定方法は、圧力容器に測定対象の
サンプル試料を封入し、この圧力容器を加熱装置により
加熱するに際し、その加熱温度を、温度制御プログラム
による指示温度に基いて制御し、上記サンプル試料のＰ
ＶＴ特性を測定するＰＶＴ測定方法において、上記指示
温度の入力信号を遅延制御した信号と上記サンプル試料
の温度に対応する出力信号との差に対しＰＩＤ制御する
と共に、該ＰＩＤ制御された信号と上記入力信号に対し
ＰＤ制御された信号の和と上記加熱装置の温度に対応す
る出力信号の差に対しＰＩＤ制御して、上記サンプル試
料のＰＶＴ特性を測定することを特徴とするものであ
る。

【０００９】また、本発明のＰＶＴ測定装置は、測定対
象のサンプル試料を封入する圧力容器と、該圧力容器を
加熱するための加熱装置と、該加熱装置を、温度制御プ
ログラムによる指示温度に基いて制御する制御手段とを
備えたＰＶＴ測定装置において、上記指示温度の入力信
号を遅延制御した信号を出力する遅延制御手段と、該遅
延制御手段からの出力信号と上記サンプル試料の温度に
対応する出力信号との差に対しＰＩＤ制御する第１のＰ
ＩＤ制御手段と、上記入力信号に対しＰＤ制御するＰＤ
制御手段と、上記ＰＤ制御手段から出力される出力信号
と、上記第１のＰＩＤ制御手段から出力される出力信号
との和、及び上記加熱装置の温度に対応する出力信号と
の差に対し、ＰＩＤ制御する第２のＰＩＤ制御手段とを
備えたことを特徴とするものである。

【００１０】

【作用】圧力容器に測定対象のサンプル試料を封入し、
この圧力容器を加熱装置により加熱してサンプル試料の
温度制御を行うに際し、プログラム発生器からの温度制
御プログラムによる指示温度の入力信号を遅延制御し、
この遅延制御した信号と上記サンプル試料の温度に対応
する出力信号との差に対しＰＩＤ制御すると共に、さら
にこのＰＩＤ制御した信号と上記入力信号に対しＰＤ制
御した信号の和と上記加熱装置の温度に対応する出力信
号の差に対しＰＩＤ制御するようにしたので、オーバー
シュートやハンチング現象、或いは温度の応答遅れが生
ずることなく、サンプル試料の比容積変化が精度よく測
定でき、それによって設定温度の変化率に変動がある測
定条件でもサンプル試料のＰＶＴ特性を高精度に測定す
ることができる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１〜図３を参照し
て説明する。図１は、本発明の実施例に係るＰＶＴ測定
装置の制御系を示す概略図である。また、図２は、その
制御信号のフローを示すブロック図であり、図１と同一
要素には同一符号が付されている。

【００１２】図１及び図２を参照して本発明の実施例に
係るＰＶＴ測定装置について説明するに、先ず、図示し
たＰＶＴ測定装置は、測定対象のサンプル試料１を封入
した圧力容器２と、該圧力容器２に近接して配設され、
その圧力容器２を加熱するためのヒータ３（加熱装置）
と、上記圧力容器２に付設されてサンプル試料１の容積
を測定する差動トランス４と、サンプル試料１の温度制
御を行うマイクロコンピュータ５と、温度制御プログラ
ムを出力するプログラム発生器１０とから構成されてい
る。

【００１３】上記圧力容器２は、その内部に、測定対象
のサンプル試料１が充填されるベローズ６と、該ベロー
ズ６を包囲して外部より所定の圧力で加圧して充填され
る圧力媒体７を封入可能にしたものである。更に、ベロ
ーズ６の可動部には、先端にコア８を有するロッド９が
取り付けられ、このコア８は、上記差動トランス４のほ
ぼ中央に位置するように配設されている。また、上記ベ
ローズ６及びヒータ３には、サンプル試料温度及びヒー
タ温度を検出する熱電対等の温度検出器１１，１２を備
えている。

【００１４】一方、ＰＶＴ測定装置の制御手段は、プロ
グラム発生器１０からの温度制御プログラムによる指示
温度の入力信号に応じて、コンピュータ５において行わ
れ、その制御内容は、自由度が３となる複合型のＰＩＤ
制御、即ち、上述した従来のＰＩＤ制御に加えて、後述
するフィードフォアード制御及びカスケード制御を行う
ものである。このコンピュータ５は、図２からもわかる
ように、上述した従来のコンピュータ１０５が有してい
たＰＩＤ制御部１０５ａと同様な機能を有する第１のＰ
ＩＤ制御部５ａと、プログラム発生器１０から送られる
指示温度の入力信号に対しＰＤ制御するＰＤ制御部（Ｐ
Ｄ制御手段）５ｂと、上記入力信号を遅延制御する遅延
制御部（遅延制御手段）５ｃと、上記ＰＤ制御部５ｂか
らの出力信号と上記第１のＰＩＤ制御部５ａからの出力
信号との和及び上記ヒータ３の温度に対応する出力信号
との差に対してＰＩＤ制御する第２のＰＩＤ制御部（第
２のＰＩＤ制御手段）５ｄからなり、上記第１のＰＩＤ
制御部５ａにおいては、遅延制御部５ｃから出力される
出力信号と上記サンプル試料１の温度に対応する出力信
号との差に対しＰＩＤ制御を行うように構成している。

【００１５】指示温度の温度制御プログラムを出力する
上記プログラム発生器１０と、その指示温度の信号を遅
延制御する遅延制御部５ｃとに代えて、プログラム発生
器１０内において遅延時間に相当する所定時間後の設定
値を算出し、この算出した設定値に相当する信号を別系
統で第１のＰＩＤ制御部５ａに供給するように構成した
り、さらにまた、二つのプログラム発生器を用意して、
同一プログラムを遅延時間に相当する時間だけずらせて
運転し、遅延させた信号を第１のＰＩＤ制御部５ａに供
給するように構成することもできる。本明細書における
遅延制御手段とは、かかる構成を意味するものである。

【００１６】次に、上記ＰＶＴ測定装置の制御について
説明する。コンピュータ５は、基本的には、サンプル試
料１の温度が、上記温度制御プログラムで指示される温
度に追従するように制御すると共に、上述したオーバー
シュートやハンチング現象を生じないように、また温度
の応答遅れを生じないように制御するものである。ま
ず、上記入力信号の変化を予知し、オーバーシュートや
ハンチング現象を生じないように制御するため、上述の
ようにプログラム発生器１０の出力側にＰＤ制御部５ｂ
を接続してＰＤ制御することで応答信号の安定性を高め
ると共に、上述のようにプログラム発生器１０の出力側
に遅延制御部５ｃを接続して、温度制御プログラムによ
り指示される温度に対する実際のサンプル試料の温度の
応答遅れに見合う時間を補償する。

【００１７】また、温度制御プログラムによる指示温度
に対する実際のサンプル試料１の温度の応答遅れを小さ
くするために、ヒータ３の温度に対応する出力信号を第
２のＰＩＤ制御部５ｄにフィードバックして、この第２
のＰＩＤ制御部５ｄにおいてヒータ３の加熱温度をＰＩ
Ｄ制御する。

【００１８】このようにして、コンピュータ５により自
由度が３となる複合型のＰＩＤ制御を構成して制御する
と、オーバーシュートやハンチング現象或いは温度の応
答遅れを生ずることなく、サンプル試料１の所定の温度
において、外部より加圧された所定の圧力におけるサン
プル試料１の容積の変化を、ベローズ６の伸縮によるベ
ローズ６に取付けたロッド９の先端のコア８の上下変位
量として、差動トランス４で検出すれば、サンプル試料
１の比容積変化が精度よく測定でき、その繰り返しによ
りサンプル試料１のＰＶＴ特性が高精度に測定できる。

【００１９】図３は、上記制御下におけるサンプル試料
１の温度の、上記図６と同一入力に対する過渡応答を示
すものである。同図からもわかるように、サンプル試料
１の過渡応答曲線に、図６に示すようなオーバーシュー
トやハンチング現象或いは温度の応答遅れは出現してい
ない。よって、従来例のような不具合を生ずることな
く、サンプル試料１の比容積変化が精度よく測定でき、
それによって設定温度の変化率に変動がある測定条件で
もＰＶＴ特性の精密な測定が可能になる。

【００２０】尚、本実施例では、サンプル試料１の比容
積変化を、コア８の上下変位を検出することにより間接
的に測定する場合について説明したが、これに限るもの
でなく、より簡易に、例えばシリンダに装填されたサン
プル試料１をピストンにより所定の圧力で加圧してお
き、その圧力下におけるピストンの変位を直接測定する
ようにしたものであってもよい。

【００２１】

【発明の効果】以上に詳述した本発明のＰＶＴ測定方法
及びその測定装置によれば、オーバーシュートやハンチ
ング現象或いは温度の応答遅れが生ずることなく、サン
プル試料のＰＶＴ特性を応答よく高精度に測定すること
ができ、それによって、設定温度の変化率に変動がある
測定条件でもＰＶＴ特性を高精度に測定することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係るＰＶＴ測定装置を示す概
略図である。

【図２】図１の装置における制御信号のフローを示すブ
ロック図である。

【図３】図１の制御下におけるサンプル試料の入力温度
に対する過渡応答特性を示す特性図である。

【図４】従来のＰＶＴ測定装置の制御系を示す概略図で
ある。

【図５】図４の制御信号のフローを示すブロック図であ
る。

【図６】図４の制御下におけるサンプル試料の入力温度
に対する過渡応答特性を示す特性図である。

【符号の説明】

１ サンプル試料 ２ 圧力容器 ３ ヒータ ５ マイクロコンピュータ ５ａ 第１のＰＩＤ制御部 ５ｂ ＰＤ制御部 ５ｃ 遅延制御部 ５ｄ 第２のＰＩＤ制御部 １０ プログラム発生器

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧力容器に測定対象のサンプル試料を封入
   し、この圧力容器を加熱装置により加熱するに際し、そ
   の加熱温度を、温度制御プログラムによる指示温度に基
   いて制御し、上記サンプル試料のＰＶＴ特性を測定する
   ＰＶＴ測定方法において、 上記指示温度の入力信号を遅延制御した信号と上記サン
   プル試料の温度に対応する出力信号との差に対しＰＩＤ
   制御すると共に、 該ＰＩＤ制御された信号と上記入力信号に対しＰＤ制御
   された信号の和と上記加熱装置の温度に対応する出力信
   号の差に対しＰＩＤ制御して、上記サンプル試料のＰＶ
   Ｔ特性を測定する、 ことを特徴とするＰＶＴ測定方法。
2. 【請求項２】測定対象のサンプル試料を封入する圧力容
   器と、該圧力容器を加熱するための加熱装置と、該加熱
   装置を、温度制御プログラムによる指示温度に基いて制
   御する制御手段とを備えたＰＶＴ測定装置において、 上記指示温度の入力信号を遅延制御した信号を出力する
   遅延制御手段と、 該遅延制御手段からの出力信号と上記サンプル試料の温
   度に対応する出力信号との差に対しＰＩＤ制御する第１
   のＰＩＤ制御手段と、 上記入力信号に対しＰＤ制御するＰＤ制御手段と、 上記ＰＤ制御手段から出力される出力信号と、上記第１
   のＰＩＤ制御手段から出力される出力信号との和、及び
   上記加熱装置の温度に対応する出力信号との差に対し、
   ＰＩＤ制御する第２のＰＩＤ制御手段と、 を備えたことを特徴とするＰＶＴ測定装置。