Устройство для регулирования температуры

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ, содержащее последовательно соединенные счетчик и цифроаналоговый преобразователь, датчик и задатчик температуры, элемент сравнения, к .выходу которого подключены параллельно включенные линейный усилитель, интегратор и дифференциатор , связанные выходами с входом сумматора, к выходу которого подключен исполнительный элемент, отличающееся тем, что, с целью повьппения точности регулирования и упрощения устройства, оно содержит последовательно соединенные дифференциальный усилитель с ограничением и преобразователь напряжение-частота , соотэетствующие выходы которого,подключены к суммирующему и вычитающему входам счетчика , причем входы дифференциальноi го усилителя с ограничением связаны (Л с выходами задатчика и датчика температуры а входы элемента сравнения с выходами датчика температуры и цифроаналогового преобразователя .

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 378.2643/24-24 (22) 26.06.84 (46) 23. 12.85. Вюл . 9 47 (7 1) Куйбышевский ордена Трудового, Красного Знамени политехнический институт им. В.В.Куйбышева (72) Ю.В..Мощенский, А.С.Трунин, В.В.Торхов и В.В.Умрилов (53) 621.555.6(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 796810, кл. С 05 D 23/19, 1981.

Страшун Л.З. и др. Программные регуляторы технологических процессов. Л.: 1973, с. 132-133 (прототип). (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЪ|, содержащее последовательно соединенные счетчик и цифроаналоговый преобразователь, датчик и задатчик температуры, элемент сравнения, к выходу которого подклю„„Я0„„1200262 А (б1) 4 G 05 D 23/19 чены параллельно включенные линейный усилитель, интегратор и дифференциатор, связанные выходами с входом сумматора, к выходу которого подключен исполнительный элемент, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности регулирования и упрощения устройства, оно содержит последовательно соединенные дифференциальный усилитель с ограничением и преобразователь напряжение-частота, соответствующие выходы которого подключены к суммирующему и вычитающему вХодам счетчика, причем входы дифференциально- . го усилителя с ограничением связаны с выходами задатчика ы датчика температуры, а входы элемента сравнения — с выходами. датчика температуры и цифроаналогового преобразователя.

1200262

Изобретение относится к прецизионным регуляторам температуры и предназначено для использования в объектах, в которых температура регулирования должна достигать установленного значения с определенной постоянной скоростью, например в установках дифференциального термического анализа (ДТА) .

Цель. изобретения — повышение точ, ности регулирования и упрощение ус тройства.

На чертеже представлена схема предлагаемого" устройства для регулирования температуры.

Устройство содержит задатчик 1 температуры, датчик 2 температуры, преобразующий температуру в электрический сигнал, дифференциальный усилитель 3, элемент 4 сравнения, преобразователь 5 напряжения B частоту (ПНЧ), счетчик б, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 7, линейный . усилитель 8, интегратор 9, дифференциатор 10, сумматор 11, исполнительный элемент 12.

Устройство работает следующим образом.

После подачи напряжений, питающих элементы схемы, счетчик 6 и интегратор 9 автоматически или вручную устанавливаются в нулевое состояние. Если на выходах задатчика 1 и датчика 2 присутствует сигнал, соответствующий нулевой начальной температуре, то на выходе дифференциального усилителя 3 также нулевое напряжение, поэтому импульсы с выходов ПНЧ 5 не поступают ни на вход сложения, ни на вход вычитания счетчика б, на выходе ЦАН 7 присутствует напряжение, соответствующее нулевой температуре. На выходе элемента 4 сравнения напряжение ошибки также нулевое, поэтому разогрева объекта регулирования йе происходит.

° После установки при помощи датчика 1 скачка температуры с исход" ной на заданную усилитель 3 начинает работать в режиме ограничения. Из-за большого коэффициента усиления на входе ПНЧ 5 устанавливается максимальное, например, положительной полярности напряжение. На выходе ПНЧ 5, подсоединенном к входу сложения счетчика 6, появляются импульсы напряжения постоянной частоты, определяемой выходным напряжением усилителя 3 в режиме ограничения и крутизной преобразования ПНЧ 5. Число, записанное в счетчике б,.начинает равномерно возрастать. Также начинает возрастать и напряжение, поступающее на элемент 4 сравнения с выхода

ЦАП 7. На выходе элемента 4 срав10 нения появляется возрастающее напряжение ошибки, подаваемое на исполнительный элемент через линейный усилитель 8 и сумматор 11. Одновременно начинают функциониро15 вать интегратор 9 и дифференциатор 10, также воздействуя через сумматор 11 на исполнительный элемент. Исполнительный элемент подает в нагрузку мощность, под воздействием которой начинается разогрев объекта регулирования. Сигнал с выхода датчика 2 начинает возрастать, компенсируя возрастающее напряжение, поступающее на

25 элемент 4 сравнения с выхода ЦАП 7.

Далее ПИД-регулятор работает обычным образом, поддерживая величину ошибки на выходе элемента 4 срав,нения близкой к нулю, т.е. закон изменения сигнала с выхода датчика температуры повторяет закон изменения напряжения с выхода UAII 7

В процессе разогрева управляемого объекта и приближения к задаваемой программой температуре усилитель

3 из-за большого коэффициента усиления работает в режиме ограничения, и сигнал на выходе ПНЧ 5 поддерживается максимальным и неизменным, частота следования импульсов, посту40 пающих с выхода ПНЧ 5 на вход сложения счетчика 6, остается неизменной, цифровой код, поступающий с выхода счетчика б на вход ЦАП 7, равномерно возрастает, соответственно равномерно возрастает н напряжение на выходе

ЦАП 7, происходит линейное возрастание температуры управляемого .объекта.

Когда. разница сигналов с задат50 ÷èêà 1 и датчика 2 уменьшается настолько, что усилитель 3 выходит из ограничения, начиная работать в линейном режиме усиления, его выходной сигнал пропорционально уменьшается (по абсолютному значению) .

Пропорционально начинает уменьшаться .и. частота следования импульсов на выходе ПНЧ 5, происходит замедле200262

3 1 ние роста напряжения и выхода ЦАП 7, выходной сигнал сумматора 11 через исполнительный элемент 12 начинает ограничивать мощность, подаваемую на объект регулирования. Скорость нарастания температуры при подходе к заданному значению. температуры равномерно снижается до нулевого значения,.поэтому выход объекта на . заданную температуру происходит асимптотически снизу, без перерегулирования. В процессе дальнейшей работы ПИД-регулятор поддерживает установленную температуру объекта с заданной точностью, пока в программе нет резких изменений величины задаваемой температуры.

Если в программе имеется резкое изменение задаваемого значения температуры, например, при переходе на поддержание более низкой температуры усилитель 3 снова переходит в режим ограничения, его выходное напряжение принимает максимальное значение, но уже противоположной полярности, например отрицательной. Теперь импульсы напряжения с выхода

ПНЧ 5 поступают на вход вычитания счетчика 6, цифровой код на входе

ЦАП 7 начинает равномерно уменьшаться, соответственно равномерно уменьшается и напряжение, поступающее на вход .элемента 4 сравнения с выхода ЦАП 7.

Выходной сигнал сумматора 11 через исполнительный элемент 12 сни- жает мощность, подаваемую на управляющий объект, происходит равномерное снижение температуры объекта. В процессе приближения температуры объекта к заданной величине элемент сравнения выходит из режима ограничения, скорость уменьшения напряжения на выходе ЦАП 7 снижается до нулевой, температура объекта регулирования стабилизируется с заданной точностью на новом уровне.

Скорость изменения температуры объекта регулирования зависит от частоты импульсов, поступающих с выхода ПНЧ 5 на один из входов счетчика 6, поэтому, управляя крутизной преобразования ПНЧ 5, можно получить любые, вплоть до максимально возможных, скорости линейного изменения температуры, благодаря чему область применения изобретения существенно расширяется. Так, устройство может быть использовано в установках для выращивания монокристаллов, где выход на заданную температуру должен осуществляться со скоростями порядка единиц — десятков градусов в час, в устройствах для термических методов анализа (сканирующая микрокалориметрия, дифференциальный термический анализ, термогравиметрия и т.д.), где используются скорости выхода на заданную температуру От дОлей дО десяткОв градусов в минуту, а также в областях традиционного применения программных регуляторов температуры.

Кроме того, использование изобретения удлиняет срок службы объекта регулирования вследствие снижения термических градиентов в конструкционных материалах и плотности тока

30 через нагреватели в процессе выхода на установленную температуру.

Устройство легко может быть использовано в автоматизированных системах с использованием ЭВМ для контроля и управления технологическими процессами, поскольку цифровой код счетчика 6 отображает текущую температуру объекта регулирования с

40 погрешностью, не превышающей суммы погрешности датчика 2 температуры, ЦАП 7 и ошибки регулирования,т.е. в структуре предлагаемого устройства содержится готовый цифровой термометр.

Таким образом, изобретение выполняет функции трех раздельных устройств: собственно регулятора температуры, программатора-задатчи50 ка линейно изменяющегося напряжения и цифрового измерителя температуры.

1200262

Составитель Л.Птенцова

Техред Ж Ластелевич корректор С.Черни

Редактор С.Саенко

Заказ 78бб/53

Тираж 862

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Подписное

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