Регулятор температуры

 

РЕГУЛЯТОР ТЕМПЕРАТУРЫ,содержащий сосуд Дьюара с опущенным в него трубопроводом,в верхней части которого размещен исследуемый образец , термодатчик, сумматор, задатчик и усилитель разбаланса, исполнительный блок, к которому подключены нагреватель и испаритель, отличающийся тем, что, с целью исключения перерегулирования, регулятор снабжен вычитателем, 1ультиплексором,. фильтром нижних частот, генератором линейно изменяющегося напряжения, двумя компараторами, R5-триггером. и источником опорного напряжения, причем первый вход генератора линейно изменянхчегося напряжения соединен с выходом Q R5 -триггера, второй вход - с первым входом первого компаратора , с выходом вычитателя и со входом усилителя разбаланса, а выход - с первым входом сумматора, второй вход которого соединен с термодатчиком , выход сумматора соединен со входом вычитателя, выход Q RSтриггера соединен с управлякицим входом мультиплексора, а выходы R и S и RSтриггера соединены соответственно с i выходами первого и второго компараторов , первый и второй выходы источ (О ника опорного напряжения соединены соответственно со вторым входом перС вого компаратора и с первым входом второго компаратора, второй вход которого соединен с выходом усилителя разбаланса и с информационным входом мультиплексора, выход которого соединен со входом фильт15а нижних частот, соединенного выходом с входом исполнительного блока.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

PECIlYEi JlHH

Ф(51) G 05 D 2 9

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ.И ОТКРЫТИЙ (21).. 3672017/24-24 (22) 02.12.83 (46) 15.06.85. Вюл. № 22 (72) А.М.Гердов, В.Д.Купченко и И.Я.Штраль (53) 621.555.6(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

¹ 393663, кл. С 01 И 27/78, 1965.

2. Авторское свидетельство СССР № 451006, кл. G 01 N 27/78, 1966 (прототип). (54) (57) РЕГУЛЯТОР ТЕИПЕРАТУРЫ, содержащий сосуд Дьюара с опущенным в него трубопроводом, в верхней части которого размещен исследуемый образец, термодатчик, сумматор, задатчик и усилитель разбаланса, исполнительный блок, к которому подключены нагреватель и испаритель, о т л и ч а— ю шийся тем, что, с целью исключения перерегулирования, регулятор снабжен вычитателем, мультиплексором, фильтром нижних частот, генератором линейно изменяющегося напряжения, двумя компараторами, R5 -триггером, и источником опорного напряжения, причем первый вход генератора линей3 но изменяющегося напряжения соединен с выходом Q R5 -триггера, второй вход — с первым входом первого компаратора, с выходом вычитателя и со входом усилителя разбаланса, а выход — с первым входом сумматора, второй вход которого соединен с термодатчиком, выход сумматора соединен со входом вычитателя, выход Q RSтриггера соединен с управляющим входом мультиплексора, а выходы R u S u RSтриггера соединены соответственно с выходами первого и второго компара- З торов, первый и второй выходы источника опорного напряжения соединены соответственно со вторым входом пер вого компара;ора и с первым входом второго компаратора, второй вход которого соедине с выходом усилителя разбаланса и с информационным входом мультиплексора, выход которого соединен со входом фильтра нижних частот, соединенного выходом с входом исполнительного блока.

1161929

Изобретение относится к автоматике и предназначено для широкодиапаэонного регулирования температуры исследуемого образца.

Известно устройство регулируемого охлаждения пробы, содержащее усилитель раэбаланса, сссуд Дьюара со сжиженным газом, погруженные в сжиженный газ исчаритель и трубопровод, в верхней части которого установле- Щ ьы исследуемый образец и термодатчик L1 3.

Однако известное устройство не позволяет получать температуры исследуемого образца выше комнатных. }g

Наиболее близким к предлагаемому является регулятор, содержащий сосуд Дьюара с опущенным в него трубопроводом, в верхней части которого находится исследуемый образец, исполнительное устройство, к которому подключены нагреватель и испаритель, задатчик и сумматор. Термодатчик и эадатчик подключены к сумматору.

Выход сумматора подключен к усилите- д5 лю разбал нса 12), Регулирование высоких температур исследуемого обраца в известном варианте проводится путем нагрева потока паров сжиженного газа или сжато- ЗО го воздуха.

В момент включения регулятора или при установке нового задания на задатчике величина разбаланса может быть значительной. Приложенная ко входу усилителя раэбаланса, она

3$ вызывает его насыщение. Исполнительное устройство подает в нагреватель максимально нерегулируемую мощность.

Происходит перерегулирование системы.

Целью изобретения является исключение перерегулирования.

Указанная цель достигается тем, что регулятор температуры, содержащий сосуд Дьюара с опущеннь в него трубопроводом, в веохней части которо размещен исследуемый образец, термодатчик, сумматор, задатчик и усилитель раэбаланса, исполнительный блок, к которому подключены . нагреватель и испаритель, снабжен вычитателем, мультиплексором, фильтром нижних частого, генератором линей но изменяющегося напряжения, двумя компараторами, RS -триггером и источником опорного напряжения, причем первый вход генератора линейно изменяющегося напряжения соеди не н с выходом Q RS-триггера, второй вход генератора линейно изменяющего" ся напряжения — со входом первого компаратора, с выходом вычитателя и входом усилителя раэбаланса, а выход генератора линейно изменяющегося напряжения — с первым входом сумматора, второй вход которого соединен с термодатчиком, выход сумматора соединен со входом вычитателя, выход & RS -триггера соединен с управляющим входом мультиплексора, а входы R и 5 Rs-триггера соедине ы соответственно с выходами первого и второго компараторов, первый и второй выхсды источника опорного напряжения соединены соответственно со вторым входом первого компаратора и с первым входом второго компаратора, второй вход которого соединен с выходом усилителя разбаланса и с информационным входом мультиплексора, выход которого соединен со входом фильтра нижних частот, соединенного выходом с исполнительным блоком.

На чертеже изображена блок-схема предлагаемого регулятора.

Регулятор температуры содержит сосуд Дьюара 1, термодатчик 2, исполнительный блок 3, сумматор 4, задатчик 5, усилитель разбаланса 6, вычитатель 7, мультиплексор 8, фильтр нижних частот 9, генератор линейно изменяющегося напряжения 10, компараторы 11 и 12, RS -триггер 13 и источник опорного напряжения 14.

Генератор 10 содержит резистор 15 и конденсатор 16, являющиеся элементами настройки.

Работа устройства происходит следующим образом.

В момент tq включения регулятора температуры или установления на задатчике 5 нового, существенно большего, чем было ранее, значения напряжения температура исследуемого образца, расположенного в трубопроводе сосупа

Дьюара 1, и температура термодатчика

2 одинакова, но она существенно от— личается от температуры, определяемой новым значением напряжения.

Вычитатель 7 формирует разностный сигнал, который устанавливается усилителем разбаланса 6 и поступает на информационный вход мультиплексора

8, находящегося в открытом состоянии, 35

3 11619 и на второй вход компаратора 12, где сравнивается с напряжением на первом входе, задаваемым вторым выходом источника опорного напряжения 14, величина которого равна или несколько меньше верхнего значения динамического диапазона (0 ) усилителя разбаланса 6, работающего в линейном режиме. При превышении напряжения сигнала величины (» на вход компара- 10 тора 12 поступает положительное напряжение, его выход переключается с . некоторым запаздыванием й1„ (время переключения компаратораотносительно времени и навходе триггера 1Зустанавливается логическая единица.

Одновременно напряжение сигнала с вычитателя 7 поступает на второй вход генератора 10, а также на инвертированный первый вход компаратора 11 и сравнивается с напряжением на его втором входе, задаваемым первым выходом источника 14 и рави:и» нулевому значению. В момент времени напряжение на выходе вычитателя

7 превышает опорное напряжение на втором входе компаратора 11, выход его отрицателен, и на вход р тригге-. ра 13 поступает логический нуль. Так как при 1 напряжение на выходах 30 компараторов 11 и 12 отрицательно, на входах Р и 5 -триггера 13 присутствуют логические нули, выходы О. и

Q.соответственно имеют значения «0 1 и «11

Через момент времени д1,2 вход Б триггера 13 принимает значение логической единицы, и выход его переключается с некотор .и запаздыванием й1» (время переключения тригге-, 40 ра 13) относительно входного напряжения.

На выходе Я триггера !3 формируется логическая единица, а на выходе

Й вЂ” логический нуль, 45

Логическая единица с выхода Q триггера 13 подается на первый вход генератора 10, а логический нуль с выхода Q — на логический вход мультиплексора 8, запирая его. 50

При этом генератор 10 начинает вырабатывать линейно возрастающие отрицательное напряжение, с постоянной времени, определяемой резистором 15 и конденсатором 16, которое подается на первый вход сумматора

4, на другой вход которого подается термо-ЭДС термодатчика 2.

29 l

Суммарное напряжение поступает на один из входов вычитателя 7. При этом на выходе .вычитателя 7 и усилителя разбаланса 6 напряжение сигнала начинает убывать, и в момент времени, когда напряжение на втором входе компаратора 12 становится мень ше опорного напряжения на первом входе, выход компаратора 12 переключается, и на вход S триггера 13 поступает логический нуль. Так как триггер 13 управляется по двумя входам и в этой связи несет функцию запоминающего элемента, то состояние триггера 13 не изменяется от дискретного изменения сигнала по одному входу 5 и в момент времени, когда напряжение генератора 10 полностью (до нуля) скомпенсирует напряжение задатчика 5, выход компаратора 11 переключается, подавая на вход Р триггера 13 догическую единицу, триггер 13 изменяет свое состояние, мультиплексор 8 открывается, а генератор 10 переключается на формирование линейно убывающего напряжения. При этом конденсатор 16 начинает разряжаться с постоянной времени, равной

Сигнал на выходе вычитателя 7 начинает медленно возрастать и при превышении сигнала опорного напряжения на выходе В источника 14 выход компаратора 11 переключается и подает на вход Р триггера 13 логический нуль, при этом триггер 13 не изменяет своего состояния. С этого момента возрастающее от нуля напряжение с выхода вычитателя 7 и усилителя разбаланса 6 через открытый мультиплексор 8 и фильтр низких частот 9 подается на исполнительное устройство 3. Исполнительное устройство 3 подает электрическую мощеость в подключенный к нему нагреватель пропорционально выходному нарастающему от нуля сигналу вычитателя 7.

Нагреватель подогревает поток паров сжиженного газа или сжатого воздуха, поступающих из сосуда Дьюара 1 в трубопровод. Температура исследуемого образца и термода.чика 2 плавно возрастают и система работает в линейном режиме, если в к моменту полногo разряда конденсатора :»апряжение на выходе усилителя разбаланса

6 становится меньше опорного напряжения с выхода В источника 14, на

5 116 входе 5 триггера 13 все время логический нуль, и схема слежения, устраняющая перегрузку системы регулирования, не вмешивается в дальнейший процесс регулировани4 температуры. В противном случае повторяется и цикл включения генератора 10 описанным способом.

С цепью устранения переходного режиме в интервале времени между моментом подачи опорного напряжения ,М - и началом формирования линейного убывающего напряжения, где имеются неуправляемые выбросы мощности, после .мультиплексора 8 включен фильтр нижних частот 9, с частотой среза, равной

1 !

Й + 4 1 1 где й1„ и д1„э - время переключения компаратора

12 и триггера 13

Интервал времени, в течение которого мощность подается в нагреватель, определяется передаточной характеристикой исследуемого образца.

Мультиплексор 8 исключает включение исполнительного устройства 3, на

1929 инвервал времени, связанном с пере-" ходными процессами в усилителе раэбаланса 6, компараторе 12, триггере 13.

5 В предлагаемом регуляторе температуры благодаря улучшению режима регулирования, беэ применения ручного регулирования, обеспечено плавное и в то же время максимально быстрое

10 повышение температуры исследуемого образца до заданного. значения и исключено превышение -емпературы исследуемого образца, заданной на эадатчике 5.

Преимуществом предлагаемого решения является уменьшение времени, которое необходимо, чтобы температура исследуемого образца приняла значе70 ние, соответствующее величине, устанавливаемой на задатчике 5,. упрощение эксплуатации, повышение эффективности использования вариатора температуры н работающего с ним спект25 рометра, исключение возможности выхода температуры исследуемого образца на значение, установленное на задатчике.

ll61929

Заказ 3969/50

Тираж 863 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений н открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель Л.Птенцова

Редактор С.Тимохина Техред Л.Мартяшова Корректор М.Розман