Способ программного регулирования температуры и устройство для его осуществления
1. Способ программного регулирования температуры, включающий измерение температуры объекта , формирование задающего сигнала и формирование управляющего воздействия, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повьшения точности, задающий сигнал формируют как разность между сигналом, пропорциональным температуре объекта , и сигналом, пропорциональным температуре вещества эталонного i тела, приведенного в тепловой контакт с объектом, а управляющее возСЛ С действие формируют как разность между указанной разностью и опорньм сигналом, который в процессе регулирования поддерживают постоянным .
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ.
РЕСПУБЛИК
ÄÄSUÄÄ 1168912
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ 0llNCAHME ИЗОБРЕТЕН М.- " ) К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3600097/24-24 (22) 01.06.83 (46) 23.07.85. Бюл. N - 27 (72) С.К. Чернышев и В.Л. Белоусовский (71 ) Физико-химический институт АН.Украинской ССР (53) 621.555.6(088.8) (56) Страшун A.Ç. и др. Программные регуляторы технологических процессов. Л,, 1973, с. 51-54. Там же, с. 69-122. Авторское свидетельство СССР Р 546861, кл. G 05 D 23/19, 1977. (54) СПОСОБ ПРОГРАММНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ. (57) 1. Способ программного регулирования температуры, включающий измерение температуры объекта, формирование задающего сигнала и формирование управляющего воздействия, о т л и ч а ю щ и й— с я тем, что, с целью повышения точности, задающий сигнал формируют как разность между сигналом, пропорциональным -температуре объекта, и сигналом, пропорциональным температуре вещества эталонного тела, приведенного в тепловой контакт с объектом, а управляющее воздействие формируют как разность между указанной разностью и опор. ным сигналом, который в процессе регулирования поддерживают постоянным 2. Устройство для программного регулирования температуры по п. 1, содержащее датчик температуры объекта, задатчик опорного сигнала, подключенный к первому входу блока сравнения, последовательно соединенного с регулирующим органом, .о т л и ч а ю щ e e— с я тем, что, с целью повышения точности и надежности устройства, ано содержит находящийся в тепловом контакте с объектом контей1168912 нер с эталонным веществом, коэффициент температуропроводности которого зависит от температуры, и датчик температуры эталонного вещества, при этом датчики температуры объекта и эталонного вещества включены по дифференциальной схеме и подключены к второму входу блока сравнения, а задат— чик опорного сигнала выполнен в виде источника постоянного сиг нала °.1 Изобретение относится к системам программного регулирования тем" пературы сред или тел и может быть использовано в химической, металлургической, пищевой и других отраслях промышленности, а также при изучении физико-химических и других свойств. веществ. Цель изобретения — повышение . точности и надежности программного регулирования температуры. На фиг. 1 изображена функциональная схема системы программного регулирования температуры; на фиг.2схема устройства для программного регулирования температуры. Система содержит блок 1 сравнения, задатчик 2 опорного сигнала, измерительный блок 3, усилительно-преобразавательцый блок 4, регулирующий орган 5, автоматический регулятор 6 температуры, объект 7 регулирования, эталонное гела 8. К первому входу блока 1 сравнения подключен задатчик 2 опорного сигнала а к второму входу - измерительный блок 3, реализующий дифференциальную схему включения датчиков температуры объекта 7 регулирования и эталонного тела 8. Выход блока сравнения последовательно подключен к входу усилительно-преобразовательнога блока 4 и ругулирующему органу 5 автоматического регулятора 6, формирующего управляющее воздействие на объект 7 регулирования. Эталонное тело 8 находится в тепловом контакте с объектом регулирования, а чувствительные элементы измерительного блока 3 — с объектом 7 регулирования и эталонным телом 8 соответственно. В за5 висимости от конкретных условий реализации предлагаемого способа функции отдельных элементов могут быть совмещены в одном блоке. В случае использования регулятора прямого действия усилительно-пре" образовательный блок может атсутствавать, Устройство для программного регу15. лирования температуры содержит электронагреватель 9, слой 10 теплоизоляции, отверстия 11 — 13 медного блока, контейнер 14, эталонное вещество (тело) 15, датчики 16 и 17 20 температуры эталонного вещества и объекта регулирования соответственно, мост 18 переменного тока, переменный резистор 19, контрольный прибор 20, датчик 21 действитель25 ной температуры объекта, самопишущий потенциаметр 22. Объект 7 регулирования выполнен в .виде мас. сивнога медного блока, снабженного электронагревателем 9 и изолищ рованнога от внешней среды слоем 10 теплоизоляции. В отверстии 11 медного блока размещено эталонное тело 8, выполненное в виде контейнера 14, заполненного эталонным веществом 15, в которое погружен датчик 16 температуры. Другой датчик 17 помещен в отверстии 12 медного блока и находится в непосредственном теп - ловом контакте с блоком. 3 1 В качестве датчиков 16 и 17 использованы термореэисторы, включенные по дифференциальной схеме в плечи моста 18 переменного тока, совмещенного в себе функции блока 1 сравнения и задатчика 2 скорости нагрева. Задающим элементом мостовой схемы служит переменный резистор 19, а контрольным прибором— вольтметр 20 переменного тока. К измерительной диагонали моста 18 подключен вход усилительно-преобразовательного блока 4, выполненного на базе стандартного усилителя ф-356 применяемого в схемах автоматического регулирования температуры малогабаритных термостатов. Нагреватель 9 подключен к выходу усилителя 4 и выполняет функцию регулирующего органа 5. В отверстии 13 медного блока могут помещаться различные объекты, подвергающиеся прог.раммированному тепловому воздействию, и датчики температуры. В режиме испытаний устройства в отверстии 13 помещался датчик 21 температуры (горячий спаймедь-константановой термопары), соединенный с самопишущим потенциометром 22 типа КСП-4 для контроля действительного изменения температуры объекта регулирования во времени. Способ осуществляется следующим образом. С помощью эадатчика 2 опорного сигнала устанавливают требуемое значение начальной скорости изменения температуры объекта 7 регулирования. Соответствующий постоянный опорный сигнал Е подают на первый вход блока i сравнения, где из него вычитают сигнал обратной связи Е, поступающий от измерительного блока 3. Разность сигналов д Е = Е - Е> подают на вход автоматического регулятора 6, где ее усиливают и преобразуют в управляющее воздействие на объект 7 по выбранному закону регулирования Р = Й(йЕ). В результате воздействия (нагрева или охлаждения) изменяется температура объекта 7 регулирования и возникает разность температур dT = T — Т Э между объектом и эталонным телом 8, определяемая теплофизическими и геометрическими параметрами эталонного тела и границы раздела между 168912 4 объектом и эталонным телом, а также скорости изменения температуры х 2х д"ст dт дт = к (--- + ------) --- (1) а а х 4Т т =- к —— а dt Возникшую таким образом разность температур дт пвеобразуют измерительным блоком 3 в сигнал отрицательной обратной связи (2) 25 30 (3). Е=КДТ н где К„ — коэффициент передачи измерительного устройства. Сигнал Ет подают на вход блока 1 сравнения по принципу противовключения с опорным сигналом Е задатчика 2, так что выходной сигнал блока сравнения равен их разности 40 (4) ЕсУправляющее воздействие на объект 7 определяется величиной рассогласо45 вания йЕ и характеристикой регулятора 6. Для пропорционального регулятора выходная мощность (5) P = К ЛЕ р 50 где К вЂ” коэффициент передачи регуР лятора 6. В момент инициирования системы ET = О, DF = Ео и управляющее воз 55 действие P осуцествляется с максимапьной интенсивностью. Подача сигнала отрицательной обратной связи F.» т частично компенсирует опорный сиг5 где К - коэффициент формы; х - характерный размер эталонного Tt лл; — коэффициент температуропроf0 водности эталонного вещества; d" — толщина границы раздела (стенки); а — коэффициент температуропроводности материала стенки; dT/oil — скорость изменения температуры объекта регулирования. Материал стенки и эталонное вещество подбирают таким образом, чтобы выполнялось условие а ((а . При. э ст этом вторым слагаемым лч ражения (l) можно пренебречь 1168912 1О 20 нал Ео, что приводит к уменьшению входного сигнала регулятора и, следовательно, интенсивности управляющего воздействия. В результате уменьшается скорость изменения темпеdT ратуры объекта — — и, соответстdt венно, величина сигнала Е1, Таким образом, система является самонастраивающейся, причем устойчивость ее определяется передаточной функцией обратной связи. В установившемся режиме управляющее воздействие обеспечивает подвод к объекту регулирования тепловой мощности, необходимой для изменения температуры объекта с заданной скоростью и компенсации тепловых потерь объекта в окружающую среду 0 . При этом устанавливается текущее значение скорости изменения температуры объекта т Е, Кф (6) dt х2 о и Р Ф (Т) ад зависящее от его теплоемкости С,, величины опорного сигнала задатчика Е, а также теплофизических свойств о эталонного вещества 3 э Ct 1 Э рз Выражение (6) характеризует закон программного регулирования температуры объекта в дифференциальной форме, функциональный вид которого определяется характером зависимости коэффициента температуропроводности эталонного вещества от температуры а (Т), а количественные параметры — величиной опорного сигнала Ер. В частности, при а = const реализуется линейный закон изменения температуры объекта во времени со скоростью, величина которой определяется настройкой источника постоянного опорного.сигнала Е dТ Кр F о — const (7) С+ К К К. — о и р 4а Подбирая эталонные вещества с различным характером зависимости а (Т), можно реализовать различные законы программного регулирования температуры без существенного изменения системы. Использование постоянного значения опорного сигна25 50 ла Е, которое можно задавать и поддерживать с высокой точностью, позволяет достичь высокой степени точности программного регулирования. Точность воспроизведения программ при многократной или циклической их реализации обеспечивается стабильностью теплофизических свойств выбранного эталонного вещества в рабочем диапазоне температур. Устроиство для осуществления предлагаемого способа работает следующим образом. При помощи переменного резистора 1.9 и индикатора разбаланса устанавливают необходимое начальное значение разбаланса моста 18, соответствующее заданной начальной скорости нагрева. Напряжение разбаланса подают на вход усилите)ля 4, где оно усиливается, вызывая включение исполнительного реле и питания электронагревателя 9. Начинается нагрев медного блока. что нарушает тепловое равновесие связанных с ним датчиков 16 и 17 температуры. Вследствие неодинакового изменения сопротивления этих датчиков изменяется разбаланс моста, причем знак начального разбаланса подобран так, чтобы при увеличении разности температур между медным блоком и эталонным веществом 15 в контейнере 14 величина разбаланса уменьшалась. При достижении разностью температур определенного значения величина разбаланса уменьшается до порога срабатывания первой ступени усилителя Ф-356. В результате выходная мощность на нагревателе 9 понижается, что приводит к уменьшению скорости нагрева медного блока. Если при этом сумма тепловых потерь и мощности, необходимой для нагрева объекта с заданной скоростью, превысит установившееся значение мощности нагревателя, разность температур снова начнет уменьшаться и произойдет обратное срабатывание первой ступени регулятора — мощность нагревателя вновь увеличивается до максимального значения. В противном случае, если мощность нагревателя будет по-прежнему превышать сумму тепловых потех» и мощности, расходуемой на на и. yщ нэ з Составитель Л. Птенцова Редактор В. Данко ТехредС.Йовжий Корректор М. Леонтюк Заказ 4613/41 Тираж 863 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 7 1 грев медного блока, уменьшение величины разбаланса будет продолжаться до порога срабатывания второй ступени регулятора, полностью отключающей нагреватель. При этом регулирование будет осуществляться частичным включением минимальной мощности нагревателя..Изменение любой из составляющих — тепловых потерь или модности, потребляемой на нагрев объекта — непосредственно отразится на величине разности температур эталонного вещества и объекта регулирования, что вызовет соответствующее изменение частоты включения нагревателя. В частности, при увеличении тепловых. потерь с ростом темпера! 6891". 8 туры объекта частота включения будет увеличиваться. и при некоторой температуре произойдет автоматический переход к следующей ступени регулирования с изменением мощности между минимальным и максимальным ее значениями. Изобретение обладает повышенной 1О точностью воспроизведения заданной программы изменения температуры, особенно при многократном или диклическом режиме работы, за счет замены переменного опорного curf$ нала постоянным, и повышенной надежностью, определяемой отсутствием движущихся частей и контактных элементов.
