Устройство для регулирования температуры

 

Изобретение относится к автоматизации технологических процессов и может быть использовано для регулирования температуры в объектах с электронагревателями . Изо&ретение позволяет повысить точность и устойчивость регулирования и стабилизации температуры В устройство для регулирования температуры, содержащее датчик 1, двоичный счетчик 5 с задатчиком 6 цифрового типа, генератор 3 опорной частоты, элементы И 4. 8, 16, 17, преобразователь напряжение-частота 2, введены второй счетчик 9, регистр хранения 10, третий счетчик 11, триггер 12, формирователи импульсов по положительному 13 и отрицательному 14 фронтам, делитель частоты 15 В период высокого уровня импульсов с преобразователя 2 счетчик 5 заполняется импульсами высокой частоты с генератора 3. разрядность которого определяется задатчиком 6 и по заполнении которого далее заполняется через элемент 8 счетчик 9, содержимое которого пропорционально разности заданной и текущей температур и которая последовательно переписывается в регистр 10и счетчик 11 У каждого импульса, поступающего в нагрузку через элемент 17 с выхода делителя частоты 15, передний фронт задерживается на время, обратно пропорциональное содержимому счетчика 11, и тем самым изменяется мощность, подводимая к нагрузке. 2 ил Ј

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)э G 05 0 23/13

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

2 (21) 4404693/24 (22} 04.04.88 (46) 15.05.91. Бюл. М 18 (72} Н.Н.Романьков (53) 621.555.6 (088.8) (563 Àâòîðñêîå свидетельство СССР

М 1092471, кл, G 05 0 23/19, 1984.

Авторское свидетельство СССР

М 1061114, кл. 6 05 0 23/19, 1983. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ. РЕГУЛИРОВАНИЯ

ТЕМПЕРАТУРЫ (57) Изобретение относится к автоматизации технологических процессов.и может быть использовано для регулирования температуры в обьектах с электронагревателями. Изобретение позволяет повысить точность и устойчивость регулирования и стабилизации температуры, В устройство для регулирования температуры, содержащее датчик 1, двоичный счетчик 5 с задатчикам 6 цифрового типа, генератор 3 опорной

Изобретение относится к автоматизации технологических процессов и может быть использовано для регулирования температуры в обьектах с электронагревателями.

Цель изобретения — повышение точности и устойчивости работы устройства.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства; на фиг. 2 — циклограмма его работы.

Устройство содержит датчик температуры 1, соединенный с преобразователем напряжение — частота 2, генератор опорной частоты 3, первый элемент И 4, первый счетчик 5 с цифровым задатчиком температуры

„„. Ж„„1649521 А1 частоты, элементы И 4, 8, 16, 17, преобразователь напряжение-частота 2, введены второй счетчик 9, регистр хранения 10, третий счетчик 11, триггер 12, формирователи импульсов по положительному 13 и отрицательному 14 фронтам, делитель частоты 15.

В период высокого уровня импульсов с преобразователя 2 счетчик 5 заполняется импульсами высокой частоты с генератора 3, разрядность которого определяется задатчиком 6 и по заполнении которого далее заполняется через элемент 8 счетчик 9, содержимое которого пропорционально разности заданной и текущей температур и которая последовательно переписывается в регистр 10и счетчик 11, У каждого импульса, поступающего в нагрузку через элемент 17 ) с выхода делителя частоты 15, передний фронт задерживается на время, обратно пропорциональное содержимому счетчика

11, и тем самым изменяется мощность, подводимая к нагрузке. 2 ил. фь.

6 в виде программного переключателя, ин- Ч,) вертор 7, через который сигнал запрещения (Я с выхода счетчика 5 поступает на вход эле- с 1 мента И 4, третий элемент И 8, второй счет- а чик 9, регистр хранения 10 с записью параллельного кода с выхода счетчика 9, третий счетчик 11 с предварительной записью параллельного кода с выхода регистра 10, триггер 12, формирователи импульсов по положительному фронту 13 и отрицательному фронту 14, делитель частоты 15, второй элемент И t6, четвертый элемент И 17, усилитель мощности 18.

Устройство работает следующим образом.

1649521

45 счетчик 9 остается не заполненным и низким уровнем импульса с преобразователя 2 50 сбрасывается счетчик 5, низким уровнем с

Датчик температуры 1 в аиде термопары устанавливается на объект регулирования температуры; ЭДС с датчика 1 в преобразователе 2 напряжение-частота преобразуется в импульсную последовательность с частотой, пропорциональной

ЗДС термопары или, е конечном счете, измеряемой температуре.

Генератор. опорной частоты 3 вырабатывает импульсное напряжение стабильной частоты, счетчики и регистр в исходном состоянии установлены в нулевое состояние, На программном переключателе 6 устанавливается требуемая температура регулирования.

Код устанавливаемой температуры на программном переключателе 6 является кодом предварительной установки счетчика

6 по входу предварительной записи.

Устройство начинает работать при подаче разрешающего уровня "Пуск" на вход первого элемента И 4. При наличии разрешающего уровня через элемент 4 проходят импульсы с преобразователя 2 и генератора 3, причем частота импульсов генератора

3 значительно превышает частоту импульсов преобразователя 2 (в 500-1000 раз), скважность которых выбирается равной

100 — 120. В момент, когда импульс с преобразователя 2 имеет высокий уровень, счет.чик 5 заполняется импульсами опорной частоты.

Как только счетчик 5 полностью заполнится на выходе переполнения появляется высокий уровень, которым через инвертор 7 запирается элемент И 4 по входу и разрешается прохождение импульсов опорной частоты через элемент И 8 на вход второго счетчика 9. Счетчик 9 заполняется импульсами опорной частоты. Если длительность высокого уровня импульса с преобразователя 2 достаточна, то счетчик 9 заполняется полностью и низким уровнем переполнения со счетчика 9 запирается элемент И 8, прохождение импульсов опорной частоты прекращается, Если высокий уровень импульса с преобразователя. кончается раньше, то выхода которого запирается элемент И 8, дальнейшее заполнение счетчика 9 прекращается, По отрицательному фронту импульса с преобразователя 2 формирователем 14 вырабатывается короткий импульс, по которому выходной код счетчика 9 записывается в регистр 10. По положительному фронту импульса с преобразователя 1 формирователем 13 вырабатывается короткий им5

30 пульс, которым сбрасывается в нулевое состояние счетчик 9.

На выходе делителя 15 частоты постоянно присутствуют импульсы поделенной опорной частоты с длительностью высокого уровня Еп, причем длительность tn выбирается такой, что ь "N9rnах t, где N9max — максимальная разрядность счетчика 9; т — период опорной частоты, Низким уровнем импульса с выхода делителя 15 частоты происходит запись содержимого регистра 10 в счетчик 11 по входу предварительной записи, При этом, разрядность счетчика 11 выбирается равной разрядности счетчика 9. Когда уровень импульса на выходе делителя 15 частоты высокий, импульсы опорной частоты через элемент И 17 заполняют по входу прямого счета счетчик 11. По окончании заполнения на выходе счетчика 11 появляется низкий уровень, которым переключается триггер

12, на инверсном выходе которого устанавливается низкий уровень, а на прямом выходе — высокий. Низким уровнем с выхода триггера 12 счетчик 11 сбрасывается по входу сброса и элемент И 17 запирается. Высоким уровнем с другого выхода триггера 12 открывается элемент И 16 и высокий уровень импульса с выхода делителя 15 частоты проходит через элемент И 16 в усилитель мощности 18, на выходе которого подключена нагрузка. Таким образом, положительный фронт импульса с выхода делителя 15 частоты задерживается на время ц или на время. счета до заполнения счетчика 11;

Коэффициент деления делителя 15 частоты выбирается такой, чтобы частота на выходе была в 10-50 раз больше частоты с преобразователя 2. Процесс регулирования температуры осуществляется подачей в нагрузку широтно-модулированных импульсов необходимой амплитуды, Очередным, низким уровнем импульса с выхода делителя 15 частоты триггер 12 устанавливается в исходное состояние, элемент И 16 запирается, элемент И 17 отпирается, происходит процесс записи в счетчик

11 содержимого регистра 10 и процесс счета повторяется.

В .работе регулятора наблюдаются два периода.

Первый период — это выход регулятора на требуемый режим, второй период — поддержание температуры на требуемом уровне, В первом периоде, когда температура объекта низка, длительность периода выходных импульсов с преобразователя 2 до5

1649521 зом, длительность импульса на выходе преобразователя 2 становится равной

Тпр "— Лир

Относительное изменение импульса буЛТл дет — . Это изменение вызывает отноТлр сительное изменение длительности импульсов, поступающих в нагрузку, которое выразится, как То

Т<р

Таким образом, относительное изменение длительности импульсов на выходе прелт

15. обраэователя 2 приводит к

Тор изменению ширины импульсов, подаваелт.. мых в нагрузку, на величину К вЂ” - . т,е. в

Т

К раз большую.

Отсюда следует, что точность поддерN5+ N9max > — -, l 49 =- — — Й5.

L статочно велика, В этот период счетчик 9 заполняется полностью. Уровень переполнения счетчика 9 запирает по входу элемент

И 8, на выходе счетчика устанавливается максимальный двоичный код. Этот код затем последовательно переписывается в регистр 10 и с каждым импульсом с делителя

15 частоты — в счетчик 11. На выходе счетчика 11 при максимальном коде устанавливается низкий уровень заполнения, триггер 12 переключается и с выхода делителя 15 частоты импульс полностью проходит через элемент И 16 в усилитель мощности 18 и нагрузку, По мере повышения температуры объекта регулирования повышается частота импульсов на выходе преобразователя 2 и уменьшается длительность периода.

Количество импульсов полного заполнения счетчиков 5 и 9 становится где N5 —.разрядность заполнения счетчика

5, установленная на программном переключателе 8;

Тлр — длительность высокого уровня импульса выходной частоты с преобразователя 2.

При этом, счетчик 9 заполняется не полностью и чем выше температура, тем меньше Тлр и меньше импульсов сосчитывается счетчиком 9

Выходной код счетчика 9 последова-. тельно переписывается в регистр 10 и счетчик 11. При этом, чем меньше импульсов будет записано в счетчике 11, тем больше импульсов опорной частоты необходимо до заполнения счетчика 11, следовательно и больше становится задержка фронта импульсов с выхода делителя 15 частоты.

Длительность выходного импульса t x, в нагрузке равна твых = tn t3, Точность поддержания температуры можно оценить следующим образом. Длительность импульса с преобразователя 2

Тлр больше длительности импульса t с делителя 15 частоты в К раэ, т,е. тл К

При изменении температуры изменяется длительность Тлр на ЛТлр, таким обра25

40 жания температуры определяется выбором соотношения длительностей импульсов с преобразователя и делителя 15 частоты, Практически это соотношение равно К=2520.

Задание температуры в цифровОм коде. цифровая обработка информации в процессе регулирования позволяют быстро и точно установить требуемую темпер.атуру регулирования и получить высокую точность поддержания температуры в процессе регулирования и обеспечить быстрый и устойчивый процесс выхода на заданный режим.

Наличие информации в цифровом коде позволяет использовать ЭВМ, микропроцессоры и другие управляющие устройства для контроля качества регулирования и получения документации о процессе регулирования и поддержания температуры.

Формула изобретения

Устройство для регулирования температуры, содержащее последовательно соединенные датчик температуры, преобразователь напряжение-частота, первый элемент И и первый счетчик с цифровым задатчиком, подключенным к его установочным входам. а также генератор опорной ча.стоты, элементы И, блок управления и усилитель мощности с нагрузкой на выходе, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и устойчивости работы устройства, оно содержит делитель частоты, формирователи импульсов по положительному и отрицательному фронтам, инвертор, а блок управления выполнен в виде последовательного соединения второго счетчика, регистра хранения, третьего счетчика и триггера, прямой выход которого через вто7 1649521 8 ич

Составитель Л.Птенцова

Редактор Н.Каменская Техред M.Моргентал Корректор С,Шевкун

Заказ 3870 Тираж 475 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент". г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 рой элемент И связан.со входом усилителя мощности, причем входы формирователей импульсов ho отрицательному и положительному фронтам соединены с выходом преобразователя напряжение-частота, а выходы соответственно — со входом "Запись" регистра и "Сброс" второго счетчика, счетный вход которого через третий элемент И связан с выходом генератора опорной частоты, связанным со вторым входом первого элемента И, третий вход которого через инвертор соединен с выходом переполнения первого счетчика и непосредственно со вторым входом третьего элемента

И, третий вход которого подключен к выходу переполнения второго счетчика, четвертый вход первого элемента И является входом

"Пуск" устройства, вход делителя частоты

5 подключен к выходу генератора опорной частоты, выход — к первому входу четвертого элемента И, второму входу триггера, входу

"Запись" третьего счетчика и второму входу второго элемента И, второй вход четвертого

10 элемента И соединен с первым входом третьего элемента И, третий вход — с инверсным выходом триггера и входом "Сброс" третьего счетчика, а выход — со входом прямого счета третьего счетчика.