Устройство для регулирования температуры

 

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано для регулирования температуры с заданной скоростью ее изменения от начального значения до температуры термостатирования. С целью повышения точности устройство содержит подключенный к датчику температуры через дифференцирующий элемент первый элемент сравнения, а также два компаратора, сравнивающие соответственно сигнал датчика с сигналом задатчика температуры и сигналом датчика изменения температуры, управляющий вход которого соединен с выходом первого компаратора, а вход - с выходом второго компаратора, два элемента сравнения, выходные сигналы которых суммируются и управляют через широтно-импульсный модулятор исполнительным элементом, сравнивают соответственно сигналы датчика температуры и задатчика режима изменения температуры и сигналы дифференцирующего элемента с сигналом задатчика изменения скорости температуры , управляемого первым компаратором. 2 з.п. ф-лы, 3 ил. (Л С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 6 05 0 23/19

ГОСУДАРСТВЕ HblA КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

I, ! сг (21) 3982810/24 (22) 25.11.85 (46).30.09.91. Бюл. N 36 (71) Специальное конструкторско-технологическое бюро с опытным производством

Института проблем криобиологии и криомедицины АН УССР (72) С.И.Ткаченко, M.È.Ãðîøåâîé и Н.И,Попов (53) 621.555.6(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1091138, кл. G 05 D 23/19, 1982.

Авторское свидетельство СССР

N -1072015, кл. 6 05 0 23/19, 1982, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ

ТЕМПЕРАТУРЫ (57) Изобретение относится к автоматике и может быть использовано для регулирования температуры с заданной скоростью ее изменения от начального значения до темИзобретение относится к автоматике и может быть использовано для регулирования температуры различных объектов.

Целью изобретения является повышение точности.

На фиг.1 представлена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг.2 — диаграммы его работы; на фиг.3 — принципиальная схема задатчика режима изменения температуры.

Устройство для регулирования температуры содержит датчик 1 температуры, включающий термочувствительный элемент 2, установленный на объекте регулирования, и стабилизатор 3 тока, дифференцирующий элемент 4, первый компаратор 5, первый элемент 6 сравнения, задатчик 7 температуры, задатчик 8 режима изменения темпера Ы 1681300 А1 пературы термостатирования. С,целью повышения точности устройство содержит подключенный к датчику температуры через дифференцирующий элемент первый элемент сравнения, а также два компаратора, сравнивающие соответственно сигнал датчика с сигналом задатчика температуры и сигналом датчика изменения температуры, управляющий вход которого соединен с выходом-первого компаратора, а вход — с выходом второго компаратора, два элемента сравнения, выходные сигналы которых суммируются и управляют через широтно-импульсный модулятор исполнительным элементом, сравнивают соответственно сигналы датчика температуры и задатчика режима изменения температуры и сигналы дифференцирующего элемента с сигналом задатчика изменения скорости температуры, управляемого первым компаратором. 2 з.п. ф-лы, 3 ил. еаа Ь туры. сумматор 9, второй элемент 10 сравнения, задатчик 11 скорости изменения температуры. широтно-импульсный модулятор ОО

12, исполнительный элемент 13, воздействующий на объект регулирования, второй (> ) компаратор 14 и ключевой элемент 15. С)

3адатчик 8 режима изменения темпера- ) туры содержит суммирующий интегратор

16, источник 17 опорного и ключ 18.

В состав интегратора входят резисторы

19 и 20, конденсатор 21 и операционный усилитель 22.

Широтно-импульсный модулятор реализован, например, на компараторе и генераторе пилообразного напряжения.

Устройство работает следующим образом.

1681300

Через термочувствительный элемент 2, например термометр сопротивления, протекает от источника 3 тока постоянный стабилизированный ток Ic, вызывая на нем падение напряжения, пропорциональное текущему значению температуры в объекте управления:

Ц 1ст г) где rI = f(T) — сопротивление термочувствительного элемента, пропорциональное текущему значению температуры.

До момента включения устройства в режим регулирования сигнал Тнеу, с выхода стабилизатора 3 тока, равный падению напряжения на термочувствительном элементе 2, поступает на один вход второго компаратора 14, на другой вход которого подается задающий сигнал Тз д с выхода задатчика 8 режима изменения температуры. Эти два сигнала сравниваются, и при их неравенстве сигнал с выхода второго компаратора 14 через открытый ключевой элемент 15 подается на вход задатчика 8, где интегрируется с постоянной времени г» =

R>oCz> и суммируется с проинтегрированным с постоянной времени г4 = R20C21 напряжением Uon1 источника 17 опорного напряжения. На выходе задатчика режима изменения температуры устанавливается

- сигнал Т д = Ттек, т.е, задатчик 8 в этом случае обеспечивает режим установки первоначальной температуры, При последующем изменении сигнала

Ттвк процесс отслеживания повторяется. В момент времени t = to на ключевой элемент

15 поступает команда начала процесса регулирования. При этом ключевой элемент 15 отключает сигнал с выхода вторго компаратора 14 от первого входа задатчика 8 и последний осуществляет формирование линейно-изменяющегося сигнала, пропорционального заданной скорости изменения температуры, от уровня сигнала, равного

Ттек в момент то(фиг.2,6), интегрируя напряжение источника 17.

В момент времени to скорости изменения температуры Ттек = 0 (фиг.2,г) текущее значение температуры Ттек меньше заданного значения температуры стабилизации

Тст (фиг.2,а), задающий сигнал Тз д (фиг,2,6) на выходе задатчика 8 изменения температуры равен Трек, при этом сигнал 6> на выходе первого элемента 6 сравнения максимален (фиг.2,е), а сигнал д2 на выходе второго элемента 10 сравнения равен нулю, Эти сигналы суммируются на сумматоре 9 (фиг,2,ж), выходной сигнал которого поступает на вход широтно-импульсного модулятора 12, где сравнивается с пилообразным

10 напряжением. На. выходе модулятора 12 формируются импульсы (фиг.2,з), длительность которых пропорциональна суммарному сигналу рассогласования по температуре и скорости изменения температуры д . Эти импульсы поступают на управляющий вход исполнительного элемента 13, который осуществляет разогрев объекта управления, причем мощность разогрева прямо пропорциональна сигналу рассогласования, По мере приближения Трек к Тзад сигнал

ät уменьшается, а сигнал д2 увеличивается до тех пор, пока д не установится таким, при котором дшим обеспечивает заданную

15 скорость нагрева, При достижении в момент. времени t< рь энства Ттек = Тст на выходе компаратора

5 формируется нулевой сигнал, поступающий на управляющий вход задатчика 8 и

20 отключающий через ключ 18 напряжение источника 17 от входа интегратора 16, устройство переходит в режим термостабилизации. Этот же нулевой сигнал устанавливает на выходе эадатчика 11 ско25 рости изменения температуры нулевой сигнал (т.е, Таад = О), В остальном работа устройства остается без изменений.

В устройстве повышена точность регулирования. за счет пропорционально-им30 пульсного регулирования как на этапе стабилизации температуры, так и на этапе стабилизации скорости изменения температуры. Дополнительно точность повышает35 ся также за счет того, что через термочувствительн ый элемент протекает стабильный ток, и при использовании линейных датчиков, например медных или платиновых термометров сопротивления, 40 на выходе дифференцирующего элемента формируется сигнал, линейно зависящий от скорости изменения температуры.

Кроме того, улучшаются динамические характеристики системы. В режиме стаби45 лизации скорости изменения температуры сигнал д2 представляет собой аналог интегральной составляющей сигнала рассогласования и предлагаемое устройство по своим характеристикам приближается к ПИ-регу50 лятору, В режиме стабилизации температуры сигнал д1 является аналогом Д составляющей и регулятор работает в режиме ПД-регулирования. Как И, так и Д составляющие определяются динамическими параметрами объекта управления, поэтому устройство обладает оптимальными адаптивными свойствами.

Если в качестве исполнительного элемента 13 использовать сосуд Дьюара с жидким азотом, нагревателем испарителя, 1681300 заборной трубкой и электромагнитным позиционным клапаном, а также соответственно изменить знак изменения задающего сигнала Тззд и знак Таад, то в результате устройство функционирует как программный охладитель. В этом качестве оно и реализовано для программного замораживания биологических материалов от комнатных до криогенных температур.

Формула изобретения

1. Устройство для регулирования температуры, содержащее последовательно соединенные датчик температуры и дифференцирующий элемент, задатчик температуры, последовательно соединенные широтно-импульсный модул тор и исполнительный элемент, а также задатчик скорости изменения температуры и первый элемент сравнения, входы которого соединены с выходами дифференцирующего элемента и задатчика скорости изменения температуры, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, устройство содержит задатчик режима изменения температуры, второй элемент сравнения, первый и.второй компараторы, сумматор и ключевой элемент, прчем выход датчика температуры подключен к первым входам компараторов и второго элемента сравнения, второй вход которого соединен с вторым входом второго компаратора и выходом задатчика режима изменения температуры, управляющий вход которого связан с выходом первого компаратора и управляющим входом задатчика скорости изменения температуры, вы5 ход второго компаратора через ключевой элемент соединен с входом задатчика режима изменения температуры, а к второму входу первого компаратора подключен выход задатчика температуры, входы сумматора

10 соединены с соответствующими выходами первого и второго элементов сравнения, а выход сумматора подключен к входу широт- . но-импульсного модулятора.

2. Устройство по п.1, отл и ч а ю ще е15 с я тем, что задатчик режима изменения температуры содержит суммирующий интегратор, источник опорного напряжения и ключ, причем один из входов суммирующего интегратора через ключ соединен с выходом

20 источника напряжения, а второй вход суммирующего интегратора соединен с входом задатчика, выходом которого является выход компаратора, а управляющий вход ключа соединен с управляющим входом

25 задатчика режима изменения температуры.

3. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что датчик температуры выполнен в виде последовательно соединенных термочувствительного элемента и стабилизато30 ра тока, выход которого соединен с выходом датчика температуры.

1681300 г т я а 2 г. тек

d.

Ък

7

Р ач,б

4иии

Составитель Г. Крейман

Редактор А, Лежнина Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор М. Кучерявая

Заказ 3312 Тираж441 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раун.ская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,l аrаринa, 101