Устройство для регулирования температуры

 

О П И С A H И E (п)938269

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свнд-ву—

{22} Заявлено 05. 08. 80 (21) 2967272/18-2|| с присоеаинением заявки М— . (23) Приоритет— (51 } M Кл.

G 05 0 231211

Гоеудерстееииый комитет

СССР ио аелвм ива4ретеиий и открытий

Опубликовано 23. 06. 82. Бюллетень Ме 23 (53 } УД К 621. 555.. 6(088. 8}

Дата опубликования описания 23. 06.82 ф

А. ф. Алейников т

Специальное опытное проектно-конструкторс отехнологическое бюро Всесоюзной ордена Ле акй)(емии . сельскохозяйственных наук ий. В. И. Ленина (72) Автор изобретения (71) Заявитель (51|) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЪ|

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля и регулирования физических величин с помощью датчиков, выходным параметром которых является со" противление, таких, например, как

5 терморезистор.

Известно устройство, содержащее мостовую схему с терморезисторами, за датчик температуры, исполнительный то орган и источник опорного напря" жения F13 °

Однако данное устройство обладает малой, разрешающей способностью, TBK как повышение чувствительности в. этом устройстве ограничено допустимой величийой измерительного тока, протекающего по терморезистору.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, содержащее термочувствитель" ный элемент, например, терморезистор, накопительный элемент, например, конденсатор, и источник опорного на"

2, пряжения, задатчики температуры верх" него и нижнего пределов, нуль-орган генератор импульсов, коммутатор, имеющий в своем составе первый электронный ключ, через который конденсатор подключен к источнику опорного напряжения, второй электронный ключ, подключенный к входу нуль-органа и третий электронный ключ, через который конденсатор подключен к входу нуль-органа, триггеры, элемент совпадения и исполнительный орган.

Известное устройство обладает высокой чувствительностью и малой погрешностью за счет нагрева измерительным током терморезистора 52).

Однако при наличии дестабилизирующих факторов известное устройст" во обладает низкой точностью, так как вариации таких элементов, как конденсатор, источник опорного напряжения, нуль-орган и т.д. оказывают влияния на погрешность контролет ! и регулирования температуры.

3 93826

Цель изобретения - повышение точ-: ности устройства при наличии дестабилизирующих факторов.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее термодатчик, задатчик температуры, источник опорного напряжения, накопительный конденсатор, нуль-орган, генератор импульсов, формирователь импульсов, первый электронный ключ, через который первый вывод накопительного конденсатора соединен с первым выводом источника опорного напряжения, второй вывод которого соединен с вторым выводом накопительного конденсатора, а также с первым входом нуль-органа и через второй электронный ключ - с вторым входом нуль-органа, управляющие входы первого и второго электронного ключа соеь, динены с первым выходом формирователя импульсов, третий электронный ключ, через который первый вывод накопительного конденсатора соединен с вторым входом нуль-органа, а управляющий вход третьего электронного ключа с вторым выходом формирователя импуль.сов, вход которого соединен с выходом генератора импульсов, а также исполнительный орган, введены первый и вто, рой элементы И, четвертый и пятый электронные ключи, блок выделения импульсов и цифровой блок сравнения, причем термодатчик и задатчик температуры соответственно через четвертый и пятый электронные ключи соединены с первым выводом накопительного конденсатора, а управляющие входы четвертого и пятого электронных ключей соединены соответственно с третьим и четвертым выходами форми" 40 рователя импульсов, а пятые и шестые выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входами бло" ка выделения импульсов, третий и четвертыи входы которого соединены с вы45 ходом нуль-органа, а выходы. блока выделения импульсов соединены через первый и второй элементы И соответственно,с входами цифрового блока срав" нения, выход которого подключен к входу исполнительного органа, причем вторые входы первого и второго элементов И соединены с выходом генератора импульсов.

Кроме того, формирователь импуль"

Сов содержит делитель на два, тре" тий и четвертый элементы И, делитель на целое число, включенный на

4 входе формирователя, причем прямой выход делителя на целое число сое- динен с входами третьего и четверто го элементов И, входом делителя на два и выходом формирователя, а ин-. версный выход делителя на целое число - с первым выходом формирователя импульсов, прямой выход делителя на два соединен с пятым выходом формирователя и с вторым входом четвертого элемента И, выход которого соединен с четвертым выходом формирователя, а инверсный выход делителя на два соединен с шестым выходом формирователя и с вторым входом третье.го элемента И, выход которого соединен с третьим выходом формирователя.

При этом блок выделения импульсов содержит пятый и шестой элементы И, входы одного из которых соединены с первым; и третьим входами блока, а входы другого - с вторым и четвертым входами блока, выходы которого являются выходами элементов И.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства для измерения температуры на фиг. 2 " эпюры напряжений.

Устройство содержит накопительный конденсатор 1, коммутатор 2, выполненный на электронных ключах 37, источник 8 опорного напряжения, термодатчик 9, задатчик 10 температуры, генератор ll импульсов, формирователь 12 импульсов, состоящий из делителя 13 на целое число, с прямым 1ч и инверсным 15 выходами, третий и четвертый элементы

И 16, 17 и делителя 18 на два,с прямыми 19 и инверсными 20 выходами, нуль-орган 21, блок 22 выделения импульсов, выполненный на первом и втором элементах И 23, 24, и пятые и шестые элементы И 25 и 26, цифровой блок 27 сравнения и исполнительный орган 28.

Кроме того,.потенциальный вход нуль-органа 21 соединен через второй электронный ключ 7 с точкой нулевого потенциала 29,с которой такwe соединены вывод термодатчика 9, задатчика 10 температуры, вывод накопительного конденсатора 1, один из выводов источника 8 и непотенциальный вход нуль-органа 21, Устройство работает следующим образом.

Логика работы формирователя l2 импульсов построена так, что с помо . щью электронных ключей 3-7, источ269 6 йодключить к нему то термодатчик 9, то задатчик 10 температуры.

При рассмотрении работы ключей 3-7 коммутатора принято, что наличие положительного напряжения на управляющем электроде ключа приводит его в состояние замкнуто, а отсутствие - в положение разомкнуто. Поэтому в интерь валах йо- й,2, t<- й,г(фиг.2з,ф, пеРвый и второй электронные ключи 3,7 замкнуты, 4-6 разомкнуты) конденсатор 1 заряжается до величины напряжения источника 8, в интервале t - t

2 а (фиг.2з, четвертый и третий электронные ключи 4, 6 замкнуты, осталь- ные - разомкнуты) разряжается через термодатчик 9, а в интервале t 5 - t разряжается через задатчик 10 температуры (пятый и третий электронный ключи 5, 6 замкнуты, остальныеразомкнуты).

Так как второй электронный ключ 7 в момент заряда накопительного конден4 сатора закорачивает входы нуль-органа 21, то на его вход поочередно поступают импульсы, характеризующие разряд накопительного конденсатора через термодатчик.9, (фиг. 2 и,интервал

tg t и через задатчик 10 температуры 0 фиг.2 и, интервал tg- t6}

Соответственно, на выходе нуль-органа 21 периодически формируются импульсы, длительность которых находится в однозначной зависимости и от величины сопротивления термодатчика 9 (фиг.2к, t - t ) и величины сопротивления задатчика 10 температуры (фиг.2 к, t й0). На выхо" де же первого элемента И 23 блока 22 выделения импульсов выделяются импульсы, длительность которых пропорциональна величине сопротивления задатчика температуры (фиг.2л - и ) а на выходе второго элемента И 24величине сопротивления термодатчика 9 (Фиг.2 м, tq - t>). Блок выделения импульсов выделяет однотипные импульсы, длительность которых преобразуется в код с помощью элементов И 25 и 26.

5 938 ника 8 опорного напряжения, гене» ратора ll, нуль-органа 21 на выходе последнего в различные промежутки времени последовательно формируются импульсы, длительность которых зависит от величин сопротивлений термодатчика 9 и задатчика 10 температуры. Затем эти импульсы с помощью блока 22 выделения импульсов и формирователя 12 импульсов разде- tî ляются по отдельным каналам, преобразовываются в код при посредстве генератора 11 импульсов и пятых и шестых элементов И 25 и 26.

Коды, несущие информацию о зна- t5 чении величин сопротивлений термоДатчика и задатчика температуры срав, ниваются в цифровом блоке 27 сравне" ния, на выходе которого формируется код характеризующий разность величины сопротивлений термодатчика 9 и задатчика 10 температуры.

Этот код является как бы сигналом рассогласования системы регулирования и определяет работу исполнитель- щ ного органа. Генератор 11 формирует прямоугольные импульсы опорной частоты (Фиг.2а ), которые делятся делителем 13 частоты на целое число, на прямом 14 и инверсном 15 выходе 30 которого Формируются управляющие импульсы (фиг.2б,а, соответственно интервалы t - ty, фиг.2 в, фиг.2б).

Длительность импульсов выбирается такой, чтобы за заданный промежуток времени накопительный конденсатор успел зарядиться до величины источника опорного напряжения и полностью 40 разрядиться через термодатчик 9 и задатчик 10 температуры. С прямого выхода делителя 13 частоты импульсы поступают на вход делителя частоты на два, на прямом 19 и инверсном 20 выходе которой формируются импульсы длительностью tä- й, (фиг.2r,д) соответственно. Эти импульсы поступают на один из входов элементов И 16, 17) на другие входы которых поступают

50 импульсы с делителя 13 частоты в результате чего на выходе третьего и четвертого элементов И 16, 171 (фиг.2е интервал t - й, фиг,2ж, интервал t - t ) формируется импуль"

1 55 сы соответственно позволяющие четвертым и пятым электронным ключам

4 и 5 коммутатора 2 во время разряда накопительного конденсатора 7

На фиг. 2 н представлен выходной сигнал шестого элемента И 26, а на фиг. 2 о - выходной сигнал пятого элемента 25. Цифровой блок 27 сравнения выделяет информационный разностный сигнал рассогласования, (фиг. 2 и ), который управляет испол" нительным органом 28.

938269

Предлагаемое устройство может быть использовано как для контроля, так и для регулирования температуры, в последнем случае исполнительный орган по сигналу с цифрового блока 5

27 сравнения воздействует на объект нагревая или охлаждая его.

Техническим преимуществом предлагаемого устройства является более высокая точность контроля и регулирования при наличии дестабилизирующих факторов. Это достигаeTcR за счет того, что в формировании сигнала, характеризующего температуру объекта и в формировании сигнала задатчика участвуют одни и

-те же элементы, такие как исполнительный конденсатор, нуль-орган, источник опорного напряжения.

Время формирования сигнала рас- 20 согласования выбрано таким, что параметры элементов не успевают измениться вследствие их инерции, налример тепловой,и значения величин остаются одинаковыми как прй формировании 25 сигналов от термодатчика, так и flpH формировании сигнала от задатчика температуры. Хотя в течение времени эксплуатации устройства характеристики элементов будут изменяться, но Зо изменения не оказывают влияния на погрешность измерения. В данном случае отпадает необходимость в примене" нии, например, стабильного источника опорного напряжения, конденсатора и тФД °

Формула изобретения

3. Устройство для регулирования температуры, содержащее термодатчик, задатчик температуры, источник опорного напряжения, накопительный конденсатор, нуль-орган, генератор импульсов, Формирователь импульсов, первый электронный ключ, через ко" торый первый вывод накопительного конденсатора соединен с первым выводом источника опорного напряжения, второй вывод которого соединен с вторым выводом накопительного конденсатора, а также с первым входом нульоргана и через второй электронный ключ с вторым входом нуль-органа, управляющие входы первого и второго

55 электронного ключа соединены с первым выходом формирователя импульсов, третий электронный ключ, через который первый вывод накопительного конденсатора соединен с вторым входом нуль-органа, а управляющий вход третьего электронного ключа - с вторым выходом формирователя импульсов, вход которого соединен с выходом генератора импульсов, а также исполнительный брган, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения точности устройства при наличии дестабилизирующих факторов, в него введены первые и второй элементы И, четвертый и пятый электронные ключи, блок выделения импульсов и цифровой блок сравнения, причем термодатчик и задатчик температуры соответственно через четвертый и пятый электронные ключи соединены с первым выводом накопительного конденсатора, а управляющие входы четвертого и пятого электронных ключей соединены соответственно с третьим и четвертым выходами формирователя импульсов, пятые и шестые выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входами блока выделения им пульсов, третий и четвертый входы ко" торого соединены с выходом нуль-органа, а выходы блока выделения импульсов соединены через первый и второй элементы И соответственно с входами цифрового блока сравнения, выход которого подключен к входу исполнительного органа, причем вторые входы первого и второго. элементов И соединены с выходом генератора импульсов.

2. Устройство по и. 1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что формирователь импульсов содержит делитель на два, третий и четвертый элементы И, делитель на целое число, включенный на входе формирователя, причем прямой выход делителя на целое число соединен с входами третьего и четвертого элементов И, входом делителя на два и вторым выходом формирователя, а инверсный выход делителя на целое число - с первым выходом формирователя импульсов, прямой выход делителя на два соединен с пятым выходом формирователя и с вторым входом. четвертого элемента И, выход которого соединен с четвертым выходом формирователя, а инверсный выход делителя на два соединен с шестым выходом формирователя и с вторым входом третьего элемента И, выход которого соединен с третьим выходом формирователя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство CCCP

N 463952, кл. G 05 D 23/19, 1970.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке 2595264/18-24, кл. G 05 D 23/24, 1978 (прототип).

9 938269

3» Устроиство по ппеl и 2 р о тл и ч а ю щ е е с я тем, что блок выделения импульсов содержит пятый и шестой элементы И, входы одного из которых соединены с первым и третьим входами блока, а входы другого, с вторым и четвертым входами блока, выходами которого:являются выходы элементов И.