Термоэлектрическая система регулирования температуры

 

Изобретение может быть использовано для программного регулирования температуры с помощью термобатареи. Цель изобретения - повышение быстродействия системы регулирования температуры. Система содержит контур регулирования температуры объекта и контур регулирования тока термобатареи. Когда температура объекта приближается к заданной, ток термобатареи определяется контуром регулирования температуры. Во время переходного процесса нагрева объекта ток через термобатарею задается задатчиком тока на постоянном уровне, определяемом допустимой мощностью рассеивания в термобатарее. Во сремя переходного процесса охлаждения ток через термобатарею изменяется в зависимости от изменения сигналов датчиков температуры, находящихся в тепловом контакте с соответствующими гранями термобатареи. Это позволяет продуцировать на рабочей грани термобатареи, находящейся в тепловом контакте с объектом, в каждый момент времени переходного процесса максимально возможную холодопроизводительность, что сокращает время охлаждения и приводит к повышению производительности системы. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 05 0 23/19

ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4665015/24 (22) 22.03.89 (46) 30.07.91. Бюл, М 28 (72) Л.А. Демидов (53) 621.555.6(088.8) (56) Коленко Е.А. Термоохлаждающие приборы.. — Л,: Наука, с. 166-169.

Авторское свидетельство СССР

М 1403023, кл, G 05 0 23/19, 1984. (54) ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СИСТЕМА

РЕГУЛИРО8АНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ (57) Изобретение может быть использовано для программного регулирования температуры с помощью термобатареи. Цель изобретения — повышение быстродействия системы регулирования температуры. Система содержит контур регулирования температуры объекта и контур регулирования тока термобатареи. Когда температура объИзобретение относится к системам автоматического управления, термоэлектрическому приборостроению, может быть применено для программного регулирования температуры.

Цель изобретения — повышение быстродействия системы регулирования температуры объекта.

На фиг. 1 представлена схема термоэлектрической системы регулирования температуры; на фиг. 2 — конструкция однокаскадной термоэлектрической батареи.

Термоэлектрическая система регулирования температуры содержит последовательно соединенные датчик температуры 1, находящийся в тепловом контакте с.объекЫ2 1667031 А1 екта приближается к заданной, ток термобатареи определяется контуром регулирования температуры. 8о время переходйого процесса нагрева объекта ток через термобатарею задается эадатчиком тока на постоянном уровне, определяемом допустимой мощностью рассеивания в термобатарее.

8о время переходного процесса охлаждения ток через термобатарею изменяется в зависимости от изменения сигналов датчиков температуры, находящихся в тепловом контакте с соответствующими гранями термобатареи. Это позволяет продуцировать на рабочей грани термобатареи, находящейся в тепловом контакте с объектом, в каждый момент времени переходного процесса максимально возможную холодопроиэводителъность, что сокращает время охлаждения и приводит к повышению производительности системы, 2 ил. том 2, температура которого регулируется и О вычислительное устройство 3. М

Первый выход вычислительного устрой-,, ) ства 3 подключен к управляющим входам (Д первого 4 и второго 5 переключателей, а а второй выход — к одному из. входов устройства сравнения 6. Система содержит третий переключатель 7, первый вход которого соединен со вторым выходом вычитающего элемента 8 и другим входом устройства сравнения 6, управляющий вход — с выходом устройства сравнения 6, а выход — со входом усилителя мощности 9. Первый выход усилителя мощности 9 подключен к первому входу первого 4 и второму входу второго 5 переключателей, а второй выход к

1667031 шине нулевого потенциала и первому выводу датчика тока, выполненного в виде резистора 10. второй вывод резистора 10 соединен со вторым входом первого 4 и первым входом второго 5 переключателей и 5 с одним из входов вычитающего элемента 8. Система содержит также однокаскадную термобатарею 11, рабочая грань которой

- находится в тепловом контакте с объектом

2, первый и второй выводы термобатареи 11 10 подключены к выходам соответственно пер, вого 4 и второго 5 переключателей. Кроме этого система содержит четвертый переключатель 12, первый вход которого соединен с выходом задатчика тока 13, второй 15 ! вход — с выходом регулируемого задатчика тока 14, управляющий вход — с первым вы, ходом вычислительного устройства 3, а вы ход — с другим входом вычитающего элемента 8, 20

Вход регулируемого задатчика тока 14, подключен к выводам датчика температу ры, в качестве которого использован термо-! резистор 15, находящийся в тепловом ; контакте с рабочей гранью термобатареи 25

, 11.

Регулируемый эадатчик тока 14 выполнен на операционном усилителе 16, неинвертирующий вход которого подключен к клемме с потенциалом Е, инвертирующий 30 вход через резистор 17 — к шине нулевого потенциала и является входом задатчика тока 14, а выход усилителя 16 является выходом и входом задатчика тока 14.

Регулируемый задатчик тока реализует 35 следующее функциональное преобразование

Оул =() о 1 а, где а, R — величина термо-ЗДС и электро- 40, сопротивление термобатареи;

Йо — значение сопротивления датчика тока;

Т вЂ” величина температуры датчика рабочей грани термобатареи. 45

При этом в системе использована однокаскадная термобатарея 11, нерабочая грань которой находится в тепловом контакте с теплообменником 18, обладающим бесконечно большой теплоемкостью (фиг. 2). 50

Работает система следующим образом, Изменение температуры объекта 2 регулирования преобразуется датчиком температуры 1 в электрический сигнал, поступающий на вход вычислительного уст- 55 ройства 3. Вычислительное устройство 3 производит обработку поступившей информации и формирует на своих выходах управ.ляющие сигналы, соответствующие определенному закону регулирования. Причем сигнал на первом его выходе, коммутируя первый 4и второй 5 переключатели, управляет направлением тока через термобатарею 11 таким образом, чтобы температура объекта 2 стремилась к заданному значению. Сигнал на втором выходе вычислительного устройства 3 управляет величиной тока через термобатарею 11 в зависимости от температурных параметров регулируемого процесса, При значительном рассогласовании регулируемой и заданной температуры этот управляющий сигнал достигает большой величины. Когда его величина превышает значение сигнала на выходе вычитающего элемента 8, на выходе устройства сравнения 6 формируется сигнал, отключающий от входа усилителя мощности 9 выходной сигнал вычислительного устройства 3 и подключающий к нему выход вычитающего элемента 8.

При этом в регуляторе обрывается отрицательная обратная связь по температуре и устанавливается отрицательная обратная связь по току термобатареи 11.

Когда на первом выходе вычислительного устройства 3 присутствует сигнал, коммутирующий ток в термобатарее таким образом, что она работает в режиме нагрева, этот сигнал, поступая на управляющий вход четвертого переключателя 12, подключает к другому входу вычитающего элемента

8 выход задатчика тока 13. За счет отрицательной обратной связи со второго вывода резистора 10 на один из входов вычитающего элемента 8 величина тока через термобатарею 11 автоматически устанавливается на уровне, заданном задатчиком тока 13. Для повышения быстродействия эта величина устанавливается максимально возможной с учетом ограничения по максимально допустимой температуре рабочей грани термобатареи.

При отключении тока термобатареи от заданного, например при изменениях напряжения питания усилителя мощности 9 или термо-ЭДС на выводах термобатареи

11, изменится и напряжение на резисторе

10. Это приведет к такому изменению сигнала на выходе вычитающего элемента 8, при котором выходной ток усилителя мощности 9 примет первоначальное значение, определяемое величиной сигнала на другом входе вычитающего элемента 8.

При формировании вычислительным устройством 3 на его первом выходе сигнала охлаждения последний переключает переключатель 12 таким образом, что к другому входу вычислительного элемента 8 подключается выход регулируемого эадатчика тока

14. За счет отрицательной обратной связи

1667031 по току система начинает работать в режиме слежения тока термобатареи 11 в соответствии с изменением сигнала на выходе регулируемого эадатчика тока 14.

Ток, протекающий в термобатарее, ох- 5 лаждает ее рабочую грань. Изменение ее температуры преобразуется термореэистором 15 в сопротивление по закону йт- Я + и О (1) 10

Un =Ео(1+ — ), ЯТ 20

Яп где Eo — напряжение на неинвертирующем входе усилителя 16; йп — сопротивление резистора йп, или с учетом (1) 25 «Е г1+ Ro+аО )

Яп

Величина тока 1 термобатареи, определяемая иэ уравнения следящей системы

Оп- Я10, где IR

Ео а Я17+ йо

Я1о Я17 а

При Я1у аТо йо H Eo

Я1о Я17 а, и ТБ где Ятей — сопротивление термобатареи; а — коэффициент термоЭДС материала термобатареи;

To — нулевая температура, в С переведенная в К. ! — и ТБ

45 где Т1-Т + О- температура рабочей грани термобатареи, К.

При окончании переходного процесса установления температуры когда ее значе- 50 ние приближается к заданному, величина управляющего сигнала на втором выходе вычислительного устройства 3 начинает уменьшаться в соответствии с выбранным законом регулирования, В момент когда ве- 55 личина сигнала на втором выходе вычислительного устройства 3 станет меньше величины сигнала на выходе вычитающего элемента 8, на выходе устройства сравнения 6 сформируется сигнал, отключающий где Яо — сопротивление терморезистора при нулевой температуре, С;

О- температура рабочей грани термобатареи11, С; 15 а — постоянный коэффициент.

При этом выходное напряжение операционного усилителя 16 определяется выражением от входа усилителя мощности 9 выход вычитающего элемента 8 и подключающий к нему второй выход вычислительного устройства 3, т.е. обрывается отрицательная обратная связь по току и устанавливается отрицательная обратная связь по температурным параметрам объекта 2 регулирования. Величина тока регулируется управляющим сигналом со второго выхода вычислительного устройства 3, зависящим от параметров процесса изменения температуры объекта 2. Это позволяет реализовать в вычислительном устройстве 3 различные алгоритмы регулирования температуры.

Отключение отрицательной обратной связи по току после выхода температуры на режим предотвращает возможность возникновения автоколебаний в системе.

Формула изобретения

Термоэлектрическая система регулирования температуры, содержащая последовательно соединенные датчик температуры объекта и вычислительное устройство, первый выход которого соединен с управляющими входами первого и второго переключателей, третий переключатель, первый информационный вход которого подключен к одному из входов устройства сравнения и второму выходу вычислительного устройства, второй информационный вход — к выходу вычитающего элемента и другому входу устройства сравнения. а управляющий вход — к выходу устройства сравнения, усилитель мощности, вход которого соединен с выходом третьего переключателя, первый выход — с первым информационным входом первого и вторым информационным входом второго переключателей, датчик тока, первый вывод которого подключен к второму выходу усилителя мощности и шине нулевого потенциала, а второй вывод — к первому входу вычитающего элемента, к второму информационному входу первого и первому информационному входу второго переключателя, однокаскадную термоэлектрическую батарею, рабочая грань которой находится в тепловом контакте с объектом регулирования температуры, а нерабочая — с теплообменником, причем первый и второй выводы термобатареи соединены с выходами соответственно первого и второго переключателей, и задатчик тока, отличающаяся тем, что, с целью повышения быстродействия системы, в нее введен датчик температуры, находящийся в тепловом контакте с рабочей гранью термобатареи. выводы которого соединены с управляющим входом регулируемого

1667031

Р;2

Составитель Л. Птенцова

Редактор Н, Химчук Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор О.Кравцова

Заказ 2523 Тираж 466 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 задатчика тока, и четвертый переключатель, первый информационный вход которого соединен с выходом задатчика тока, управляющий вход — с первым выходом

ИЬьиаду пердоао лереююЧЯ/7764ß

К Ь//хюду дтаpgpg ПЦ) Ил/.//Чй/73 РАЯ вычислителвного устройства, выход — с другим входом вычитающего элемента, а второй информационный вход — с выходом регулируемого задатчика тока.

Ц а Вадц й//ЦСжЛ7ЕЬ//ohio дслаодсшда

Ко Юходан устрайсв5а преабразоба//ия