Устройство для регулирования температуры

 

Изобретение касается автоматического регулирования температуры и может быть использовано для стабилизации температуры в зоне криостатирования холодильных установок и измерения их избыточной холодопроизводительности. Повышение точности регулирования достигается тем, что в регулятор температуры, содержащий датчик, задатчик, соединенные с входами дифференциального усилителя, первый элемент сравнения, подключенный своим входом к выходу первого усилителя, нагреватель, счетчик, соединенный своим счетным входом с выходом генератора, а выходом - с входом ЦАП, блок начальной установки, сумматор и интегратор, введены второй усилитель, запоминающий элемент, второй элемент сравнения, измеритель мощности, АЦП, пороговый блок, формирователь управляющих сигналов с соответствующими связями, обеспечивающие вычисление среднего значения мощности, выделяемой на нагревателе, ее последующую уставку и преобразование ее текущего значения в цифровой код. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (51) (05 1) 23/19

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

flO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

: :Н ABTOPGKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

; (21) 4604109/24-24

:(22) 10.11.88 .(46) 07.08.90. Бюл. Ф 29

::(72) А.В,Ермакович, А.И.П!елканов, : В.С. Пономарев и В.Ф.Петрушенко (53) 621.535. 6(088.8)

:(56) Авторское свидетельство СССР Р 934459, кл. G 05 D 23/22, 1980.

Авторское свидетельство СССР .H 1200262, кл. С 05 D 23/19, 1984. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ

:ТЕМПЕРАТУРЫ (57} Изобретение касается автоматического регулирования температуры и может быть использовано для ста, билизации температуры в зоне криостатирования холодильных. установок ,и измерения их избыточной холодопро изводительности. Повышение точности регулирования достигается тем, .что., Изобретение относится к автоматическому регулированию температуры и может быть использовано для стабилизации температуры в зоне криостатирования холодильных установок и измерения их избыточной холодопроизводительности.

Цетью изобретения является повышение точности устройства.

На чертеже представлена функциональная схема устройства.

Схема содержит датчик 1 и задатчик 2 температуры, дифференциальный усилитель 3, первый 4 и второй 5 элементы сравнения, первый 6 и второй 7 усилители, исполнительный элемент 8

2 в регулятор температуры, содержащий датчик, задатчик, соединенные с входами дифференциального усилителя, первый элемент сравнения, подклю-. ченный своим входом к выходу первого усилителя, нагреватель, счетчик, соединенный своим счетным входом с выходом генератора, а выходом — с входом UAII, блок начальной установки, сумматор и интегратор, введены второй усилитель, запоминающий элемент, второй элемент сравнения, измеритель мощности АЦП, пороговый блок, формирователь управляющих сигналов с соответствующими связями, обеспечивающие вычисление среднего значения мощ- а ности, выделяемой на нагревателе, ее последующую уставку и преобразование ее текущего значения в цифровой код.

1 зепеф лы 1 иле (нагреватель), счетчик 9, генератор 10 импульсов, цифроаналоговый преобразователь 11, блок 12 начальной установки, сумматор 13, интегратор 14, запоминающий элемент 15, пороговый элемент 16, измеритель 17 мощности, подводимый к нагревателю, аналого-цифровой преобразователь 18, выход 19 индикации, Формирователь

20 управляющих сигналов, содержащий формирователь 21 импульсов, триггер

22, элемент И-HE 23.

Ус тройс тв о для р ег улирования температуры работает следующим образом.

После подачи напряжения питания триггер 22 формирователя 20 управ)583927 ляющих сигналов устанавливается по входу К блоком 1 2 начальной установки в нулевое состояние. Запоминающий элемент 15, интегратор 14 и счетчик 9 обнулены. При.наличии разности вы5 ходных сигналов датчика 1 и задатчика

2 температуры дифференциальный усилитель 3 находится в ограничении, его выходное напряжение поступает через сумматор 13 на второй вход первого

;элемента 4 сравнения. Усилителем 6 на нагревателе 8 устанавливается максимальная мощность, Происходит Форсированный разогрев терморегулируемо- 15 .го объекта. Когда выходное напряжение дифференциального усилителя 3 достигнет величины срабатывания порогового элемента 1 6, равной, например, нулю, на выходе последнего Формируется пе- 20 ,репад уровня логической "1" в уровень логического "0". По этому перепаду в момент времени на выходе формирователя 21 импульсов появляется сигнал уровня "0", устанавливающий триггер 22 в единичное состояние. На выходе элемента И-НЕ 23 устанавливает ся уровень "0", снимающий запрет по выходу R счетчика 9. Заполнение счетчика 9 осуществляется импульсамй опорной частоты генератора 10. В это же время нулевое напряжение диффе ренциального усилителя 3 проходит через сумматор 13 на вход элемента 4 сравнения и устанавливает на нагревателе 8 величину мощности, равную нулю. Происходит охлаждение объекта, В момент времени t при повторном достижении температурй объекта заданного значения на выходе дифферен- 40 циального усилителя 3 напряжение изменяет знак и на нагревателе 8 устанавливается мощность, определяемая величиной этого напряжения. Начиная . от момента времени t, счетчик 9 под- 45 считывает число импульсов генератора опорной частоты, определяющее величину периода 7 колебания разности температур относительно нулевого знач ения.

Ь ó где t — момент времени следующего превышения температуры объ- 55 екта заданного значения.

Интегратор 14 в течение периода 1 интегрирует значение выходного напряжения измерителя 1 7 мощности.

N — — - = f (1)

t3 — Е л.

1/f где f — частота генератора 10.

При этом в течение времени полученное нагревателем 8 количество энергии Ц соответствует теплоэнергетическому балансу системы.

Элемент 5 сравнения, усилитель 7 образуют дифференциальное усилительное устройство с цифроаналоговым преобразователем )1, используемым в качестве управляемого кодом делителя напряжения, в цепи отрицательной обратной связи.

Выходное напряжение U усилителя

7 определяется

Uç K где U — выходное напряжение ин1 тегратора 14;

U3 — выходное напряжение цифроаналогового преобразователя 11;

К, — коэффициент усиления, образованного элементом сравнения 5 и усилителем

7 дифференциального усилителя, При этом выходное напряжение U цифроаналогового преобразователя 11 определяется значением N кода счетчика 10

U- П

И м (3) и в соответствии с. (1) в момент времени t (4) т

) з ) г т,) Выходное напряжение интегратора 14 определяет количество энергии Я, переданной нагревателю 8 в течение времени t> — t„, равного длительности периода затухающих колебаний разности температур. В момент времени эпо перипадупорогового элемента 16.из "1 в "0" на выходе формирователя 21 импульсов появляется сигнал уровня "0".

Выходной код счетчика 9 поступает на вход цифроаналогового преобразователя 11 и соответствует времени <, периода колебания разности температур датчика 1 и задатчика 2 относительно нуля. Значение кода Б счетчика 9 к моменту времени t3 определяется как

5 где М 2; n — р и15 азрядиость цифроаналогового преобразователя 11.

8392? (5) U,М V, И

Ц е m

2 р..

Кгй 1" г - л ь

55.

Подставив выражение (4) в (2) получают

М где — — cons tanta определяемая часf

1 тотой опорного генератора и разрядностью цифроаналогового преобразователя 11.

Выходное напряжение U, интеграто . Ра 14 к моменту времени t > определяется, как

Ц, - К, 3 P;at - К,q (7)

1 где P. — текущее значение мощности, выделяемой нагревателем 8;

К вЂ” коэффициент преобразования измерителя 17 мощности.

В момент времени t выходное напря3 .жение усилителя 7 определяется как и соответствует значению средней мощности теплоэнергетического баланса терморегулируемой системы.

По выходному сигналу элемента И-НЕ

23 в момент времени t > осуществляется .перезапись выходного напряжения U усилителя 7 в запоминающий элемент

15, последующий сброс интегратора 14 и счетчика 9 в исходное состояние.

На первом входе сумматора 13 уста-. навливается с выхода запоминающего элемента 15 значение вычисленной средней мощности. Дальнейшее регулирование происходит, например, по про.порциональному закону, причем изме,нение выходного сигнала дифференцчального усилителя 3 определяет соот,ветствующее ему приращение подводи,мой к нагревателю мощности P. При ми.нимальных колебаниях температуры объекта, определяемых гистерезисом порогового элемента 16, производится периодическое измерение подводимой к, :нагревателю мощности и перезапись ее

:значения в запоминающий элемент 15. .При отсутствии экстремальных изменений теплопритоков значение мощности иа нагревателе 8 является оптимальным и колебаний температуры объекта и задавемой мощности на нагревателе

8 не происходит, В этом случае наступает переполнение счетчика 9, формирование формирователем 20 сигналов

5 i очередной перезаписи для запоминающего элемента 15, сброса интегратора и счетчика 9.

На выходе аналого-цифрового преобразователя 18, являющегося выходом

I 9 индикации, устройства, формируется цифров ой код, соответс твующий значению выделяющейся на нагревателе j мощности

Таким образом, повьппается точность регулирования температуры благодаря устанавливаемому значению выделяемой на нагревателе активной мощности, определяющей теплоэнергетический баланс системы.

20 Кроме того, уменьшено время выхода системы регулирования на заданный уровень благодаря тому, что уже по окончании первого периода колебаний разности температур объекта и задатчика

25 определяется требуемая уставка активной мощности на нагревателе для обеспечения необходимого баланса системы.

В течение периода колебаний и в установившемся режиме используется проЗр порциональный закон регулирования, что B совокупности с уставкой на нагревателе вычисленного среднего значения мощности обеспечивает высокую устойчивость устройства независимо от теллофизических свойств терморегулируемого объекта и их изменения.

Формула и зоб рет ения

1. Устройство для регулирования температуры, содержащее датчик и за" датчик температуры, соединенные с .. входами дифференциального усилителя, последовательно соединенные первый элемент сравнения, первый усилитель и нагреватель, а также счетчик, соединенный своим счетным входом с выходом генератора импульсов, а выходом — с входом цифроаналогового преобразователя, блок начальной установки, сумматор и интегратор, .о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности устройства, в него введены последовательно соединенные вторые элемент сравнения и усилитель и запоминающий элемент, соеди ненный выходом с первым входом сумматора, а входом — с аналоговым входом цифроаналогового преобразователя, 1583927 дом блока начальной установки, входом соединенного с выходом переполнения счетчика, причем выход аналогоцифрового преобразователя соединен с первым входом второго элемента сравнения, второй вход которого связан с выходом интегратора.

Составитель Л. Птенцова

Техред Л. Олийнык

Корректор А. Осауленко

Редактор И. Шулла

Заказ 2255 Тираж 658 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óæãîðoä, ул. Гагарина,101 формирователь управляющих сигналов, измеритель мощности, подводимой к нагревателю, аналого-цифровой преобразователь, выход которого является выходом индикации, пороговый элемент, к выходу которого подключен информационный вход фон.лрователя управляющих сигналов, а к входу — выход дифференциального усилителя и второй вход сумматора, к выходу которого подключен первый вход первого элемента сравнения, вторым входом соединенного с выходом измерителя мощности, подводимой к нагревателю, с вхо- 15 дом .аналого-цифрового преобразователя и входом интегратора, вход сброса которого соединен с входом управления запоминающего элемента, входом установки счетчика с выходом формирователя управляющих сигналов, установочным входом соединенного с выхо2. Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что формирователь управляющих сигналов содержит формирователь импульсов, вход которого является входом формирователя, триггер R-вход которого является установочным входом, элемент И-НЕ, выход которого является выходом формирователя управляющих сигналов, причем первый вход элемента И-HE соединен с выходом триггера, а его второй вход— с $-входом триггера и выходом формирователя импульсов.