Многоканальный пропорциональный регулятор температуры
ОП ИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К, АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советских
Социалистических
Республик (i G 05 О 23/19 (22)За" влено 02.03.81 (21) 3251697/18-24 с присоединением заявки J% 9еударственный комитет СССР (23) Приоритет— но делам изобретений и открытий Опубликовано 07 10 82 Бюллетень № 37 Дата опубликования описания 07 (53) УДК 621.555 .6(088.8) (72) Автор изобретения Ю. К. Пястун (71) Заявитель (54) МНОГОКАНАЛЬНЫЙ ПРОПОРЦИОНАЛЬНЫЙ .РЕГУЛЯТОР ТЕМПЕРАТУРЫ Изобретение относится к автомати.ческому регулированию температуры и может быть использовано, в частно сти, для регулирования температуры малых объектов в микроэлектронике. У Известен одноканальный широтноимпульсный регулятор температуры, содержащий датчик температуры, усилитель постоянного тока, нуль-орган, генератор пилообразного напряжения, формирователь синхронизирующих импульсов, элемент И, формирователь импульсов управления и регулирующий элемент, подключенный к нагревателю 1.13. 15 этот регулятор позволяет по мере приближения к заданной температуре плавно уменьшать мощность„ подводимую к нагревателю, и тем самым обе- зо спечить допустимую величину. перерегулирования температуры. При одновременном регулировании ряда объектов используется такое же 2 число одноканальных регуляторов, что снижает надежность оборудования. Известен также многозонный бесконтактный регулятор температуры, содержащий датчики и задатчики по числу. регулируемых точек, коммутатор, канал регулирования и блок формирования управляющего сигнала, в котором к выходу генератора пилообразного напряжения подключен вход канала поддержания теплового режима, выполненного из последовательно соединенных дифференциального усилителя и триггера Шмитта, а выход его циклически подключается к объектам регулирования, отключенным от канала регулирования (2 $ Недостатками этого .регулятора являются низкая точность регулирования и низкие динамические показатели про- цесса регулирования вследствие того,. что на объекты регулирования, отключенные от канала регулирования, по-, ступают импульсы фиксированной скваж964591 4 Ф ности, установленной вручную и не совпадающей со значением скважности yn"" равляющеro воздействйя, сформирован; ного каналом регулйрования для данного абъекта. Наиболее близким по технической .сущности к изобретению является многоканальный широтно-импульсный регулятор температуры, содержащИЙ в каждом канале датчик и задатчик температуры, 1О подключенные к последовательно соеди- ненным ключу, усилителю, пороговому. элементу, и исполнительный элемент, коммутатор и генератор пилообразного напряжения, выход которого подклю- 15 чен ко входам порогового элемента и коммутатора, выходы которого подключены к управляющим входам ключей, а также генератор импульсов и в каждом канале элементы ЗАПРЕТ, СОВПАДЕНИЕ, рр СБОРКА, счетчик импульсов, и триггер, причем выход генератора импульсов подключен ко входу элемента ЗАПРЕТ каждого канала, второй вход которого соединен с выходом коммутатора, и ко входу одного из элементовСОВПАДЕНИЕ каждого канала, второй вход которого соединен с ::выходом коммутатора, а третий - с выходом порогового элемента, выход первого элемента СОВПАДЕНИЕ подключен к последовательно соединенным первому .элементу СБОРКА, второй вход которого соединен с выходом элемента ЗАПРЕТ, счетчику импульсов, вход сброса которого под35 ключен к выходу коммутатора, триггеру, второй вход которого соединен с выходом генератора пилообразного на-; пряжения, второму элементу СБОРКА, второй вход которого подключен к другому элементу СОВПАДЕНИЕ, подключенному к выходу коммутатора и к выходу порогового элемента, а выход второго элемента СБОРКА соединен с исполни45 тельным элементом (3 ). Недостатком известного устройства является низкая точность поддержания температуры за счет перерегулирования в те периоды квантования, когда контроль температуры i-го объекта не 50 приводится. Это перерегулирование тем больше, чем больше каналов регулирования в регуляторе и чем меньше масса . термостабилизируемого объекта. Цель изобретения - повышение точности регулятора. Поставленная цель достигается тем, что многоканальный пропорциональный регулятор температуры, содержащий по .. числу каналов датчики и задатчики температуры;. подключенные через соответствующие последовательно соединенные первые элементы сравнения и электронные ключи к первому входу компаратора, гейератор импульсов и генератор синхроимпульсов по числу каналов, ис.полнительные элементы и элементы И, первые входы которых подключены к выходу компаратора, а также коммутатор импульсов, первые выходы которого соединены с вторыми входами электронных ключей и соответствующих элементов И, а первый вход " с выходом генератора синхроимпульсов, содержит последовательно соединенные первый и второй счетчики импульсов, последова1 тельно соединенные элементы памяти и вторые элементы сравнения по числу каналов, элемент запрета и цифроаналоговый преобразователь, выход которого соединен с вторым входом ком- паратора, а вход связан с первыми входами элементов памяти и с вторым . выходом первого счетчика импульсов, первый вход которого подключен к выходу генератора импульсов, а второй вход - к выходу генератора синхроимпульсов и к второму входу второго счетчика импульсов, выходом связанного с вторыми входами вторых элементов сравнения, первый. вход элемента запрета соединен с первым выходом первого счетчика импульсов, второй входс вторым .входом коммутатора импульсов, а выход - с вторым входом коммутатора. импульсов, выходы элементов И подключены к вторым входам соответствующих. элементов памяти, а .выходы вторых элементов сравнения связаны с входами, соответствующих исполнительных элементов. На чертеже приведена структурная схема предлагаемого многоканального пропорционального регулятора. температуры для трех каналов регулирования. Регулятор содержит датчики 1-3 .и задатчики 4-6 температуры, соединенные через элементы 7-9 сравнения с первыми входами электронных ключей 10-12 соответственно. каждому каналу. Выходы ключей 10-12 подключены к первому входу компаратора 13, второй вход которого соединен с цифра-аналаговым преобразователем 14 (ЦАП), а выход - с первыми входами элементов И 15-17, выходы которых связаны с первыми входами элементов 18-20 памя964591 5 ти соответствующих каналов. Выходы элементов 18-20 подключены к первым входам элементов 21-23 сравнения, вторые входы которых соединены с выходами второго счетчика 24 импульсов, 5 а выходы - со входами исполнительных элементов 25-27. Выход генератора 28 импульсов связан с первым входом первого счетчика 29 импульсов, первый выход которого соединен с первым вхо- О дом второго счетчика 24 импульсов и элемента 30 запрета, выходом соединенного со вторым входом коммутатора 3l, первые выходы которого подключены ко вторым входам ключей 10-12 и элементов 15-17, а второй выход - ко второму входу элемента 30. Выход генератора 32 синхроимпульсов соединен со вторым входом счетчика 29, вторым входом счетчика 24 и первым входом >0 коммутатора 31. Регулятор работает следующим образом. Допустим, коммутатор 31 подключил к. компаратору 13 через ключ 10 эле- 25 мент 7. первого канала регулирования. Выходной сигнал элемента 7, пропорциональный разности между заданной задатчиком 4 и действйтельной температурой с датчика 1, поступает на зр вход компаратора 13. Одновременно счетчик 29 считает импульсы с выхода генератора 28. Возрастающий цифровой код с выхода счетчика 29 поступает на вход цифро-аналогового преобразо35 вателя 14 и на входы элементов 18-20 ,представляющие собой, например, регистры с параллельной записью данных. На выходе цифро-аналогового преобразователя 14 формируется ступенчатое напряжение, которое сравнивается компаратором 13 с разностным си налом с выхода элемента 7. При совпадении входных величин компаратор 13 формирует импульс, поступающий на входы элементов 15-17, и при наличии разрешающего сигнала на первом выходе коммутатора 31 на выходе элемента 15 появляется сигнал разрешения записи в элемент 18 текущего значения 50 цифрового кода на выходе счетчика 29. Значение этого кода будет обратно пропорционально разности между заданной и. действительной температурами по первому каналу. Разрядность счетчика 29 и цифро-аналогового пре55 образователя 14 .выбирается исходя из требуемой погрешности измерения температуры, вызванной дискретностью 6 цифро-аналогового преобразователя 14. Так, при восьмиразрядном счетчике 29 цифро-аналоговый преобразователь 14 выдает ступенчатое напряжение с 256 дискретами. При переполнении счетчика 29 им-. пульс с выхода переноса поступает на вход счетчика 24 и на вход элемента 30, на втором входе которого отсутствует сигнал запрета. Выходным сигналом элемента 30 коммутатор 31 переводится. в следующее состояние, подключая к коммутатору 13 через ключ 11 второй канал измерения разности температур, состоящий из датчика 2, задатчика 5 и элемента 8. Кроме того, коммутатор 31 разрешает прохождение ичпульса разрешения записи с- выхода компаратора 13 через элемент 16 на управляющий вход элемента 19, в который записывается значение цифрового кода с выхода счетчика 29, соответствующего разности заданной и действительной температур во втором канале регулирования. Очередным импульсом переполнения счетчик 29 через элемент 30 переводит в очередное положение коммутатор 31, который подключает к компаратору 13 через ключ 12 выход элемента 9 третьего канала регулирования. Кроме того, выходной сигнал коммутатора 31 разрешает прохождение через элемент 17 команды разрешения записи с выхода компаратора 13 на управляющий вход элемента 20, в который записывается цифровой код с выхода счетчика 29, соответствующий разности температур по третьему каналу регулирования. Очередным импульсом переполнения счетчик 29 через элемент 30 переводит коммутатор 31 в очередное, четвертое состояние. Выходной сигнал с четвертого выхода коммутатора 31 поступает на управляющий вход элемента 30, который запрещает прохождение последующих импульсов переполнения с выхода счетчика 29 на вход коммутатора 31. При этом на управляющих входах элементов 15-17 отсутствуют разрешающие сигналы и информация, записанная в элементы 18-20, остается неизменной, Поскольку информация с выхода счетчика 29 не считывается, то этот счетчик в дальнейшем работает в качестве делителя частоты импульсов, поступающих с генератора 28. При этом счетчик 24 продолжает считат.ь импульсы переполнения с выхода 964591 40 счетчика 29. Параллельный код с выхода счетчика 24 поступает на вторые входы элементов.21-23 всех каналов регулирования, на первые входы которых 21-23 подаются цифровые коды с выходов элементов .18-20 соответственно. Счетчик 24 имеет ту же разрядность, что и счетчик 29 и определяет дискретность квантования периода синхронизации. Элементы 21-23 произ- 10 водят сравнение входных кодов и при . превышении значения цифрового кода на их вторых входах над значением цифрового кода на первых входах на выходе. элементов 21-23,появляется . сигнал, включающий дополнительный элемент 25-27 соответственно, кото-. рый остается включенным до прихода из источника синхронизирующих импульсов 32 импульса сброса, приводя- 20 щего в исходное состояние коммутатор 31 и счетчики 24 и 29, Коммутатор 31 устанавливается в состояние, разрешающее регулирование по первому каЬалу, и процесс регулирования повто- 25. ряется. При изменении температуры регулируемого объекта, будет изменяться значение цифрового кода, запоминаемого в соответствующем запоминающем 3Q устройстве, и„ следовательно, изменяется длительность импульса, поступающего на вход соответствующего исполнительного элемента. Исходя из разрядности счетчиков 24 и 29 и частоты синхронизирующих импульсов, с выхода генератора 32 выбирается рабочая частота генератора 28 импульсов. Так, при питании нагревателей напряжением частотой 50 Гц частота импульсов синхронизации будет 100 Гц. При разрядности счетчиков 24 и 29, равной восьми, суммарный коэффициент деления частоты обоих счетчиков равен 65536, и 45 частота генератора 28 импульсов должна быть равной 6,5536 МГц. Использование многоканального пропорционального регулятора температуры в установках для сборки полу50 проводниковых приборов и интегральных схем позволяет повысить процент выхода годных изделий за счет повышения точности регулирования и качества переходных процессов. Это обу55 словлено тем, что регулятор обеспечивает по каждому каналу подачу на нагреватель энергии, пропорциональной разности заданной и действитель ной температур в каждый полупериод питающего нагреватель напряжения. Формула изобретения Многоканальный пропорциональный регулятор температуры, содержащий по числу каналов датчики и задатчи,ки температуры, подключенные через соответствующие последовательно соединенные первые элементы сравнения и электронные ключи к первому входу компаратора, генератор импульсов и генератор синхроимпульсов по числу каналов, исполнительные элементы и элементы И, первые входы которых подключены к выходу компаратора, а также коммутатор импульсов, первые выходы которого соединены с вторыми "входами электронных ключей и. соответствующих элементов И, а первый входс выходом генератора синхроимпульсов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности регулятора, он содержит последовательно соединенные первый и второй счеч.чики импульсов, последовательно соединенные элементы памяти и вторые элементы сравнения по -числу каналов, элемент запрета и цифро-аналоговый преобразователь, выход которого соединен с вторым входом компаратора, а вход связан с первыми входами. элементов памяти и с вторым выходом первого счетчика импульсов, первый вход которого подключен к выходу генератора импульсов, а второй вход - к выходу генератора синхроимпульсов и к второму входу второго счетчика импульсов, выходом связанного с вторыми входами вторых элементов сравнения, первый вход элемента запрета соединен с первым выходом первого счетчика импульсов, второй вход - с вторым выходом коммутатора импульсов, а выход с вторым входом коммутатора .импульсов, выходы элементов И подключены к вторым входам соответствующих элементов памяти, а выходы вторых элементов сравнения связаны с входами соответствующих исполнительных элементов. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство CCCP 8 491123, кл. G 05 0 23/19, 1974. 2. Авторское свидетельство СССР N. 206201, кл..6 05 D 23/19, 1966. 3. Авторское свидетельство СССР 1 614429, кл. G 05 D 23/19, 1975 (прототип). 964591 Тираж 914 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Заказ 7628/27 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Составитель Л. Птенцова Редактор В. Лазаренко Техред Ж. Кастелевич Корректор tO.M PeH o
