Устройство для регулирования температуры

 

Союз Советских

Социапистических

Респубпик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (щ 980076 (61) Дополнительное к авт. свил-ву— (22) Заявлено 12.06.81 (21) 3299951/18-24 с присоеанненнем заявки М— (23) Приормтет— (5l)M. Кл.

G 05 0 23/19

Ркударатынный каинтет

СССР по делам изабретеннй и атнрытий

Опубликовано 07. 12.82. Бюллетень JA 45 (53) УДК621.555..6(088.8) Дата опубликования описания 07. 12 . 82

С. Б .. Фот ькин, В. С. Вербицкий, А. И. Ивана@а, N.Á. Коломейцева, В,E. Иитрофанов, С.А> Панасейко-и В.В. Пихлецкий (72) Авторы изобретения

Московский ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции энергетический институт (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕИПЕРАТУР61

Изобретение относится к регулированию температуры по заданной про-: грамме и может быть использовано при проведении исследовательских работ по изучению свойств металлов в зависимости от режимов нагрева и выбору оптимальных режимов термообработки деталей на индукционных установках.

Известны устройства, позволяющие путем регулирования напряжения на зажимах индуктора по заранее заданной программе или по сигналу от термодатчика регулировать температуру нагреваемой детали jl ) и t 2).

Однако заложенный в указанные устройства принцип дискретного задания установок по напряжению или температуре позволяет воспроизводить лишь ступенчатую программу нагрева деталей. Подобные устройства не могут обеспечить линейную функцию изменения скорости нагрева и охлаждения обрабатываемой детали в широком диапазоне температур, что особенно важно при проведении исследовательских работ по изучению механических свойств металлов в зависимости от режимов термообработки.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для регулирования температуры, состоящее из многоканального блока задания интервалов температуры, многоканального блока задания скорости изменения температуры, блока установок температур и блока запуска устройства.

Известное устройство представляет собой замкнутую систему регулирования с обратной связью по температуре и позволяет осуществлять нагрев, вы" держку и охлаждение обрабатываемой детали по заранее заданной программе.

Цифровой принцип задания уставок температур, использующийся в этом слуустройстве, позволяет обеспечить повторяемость линейной скорости нагрева и охлаждение обрабатываемой детали

3 98007

Кроме того, оно дает возможность обеспечить в случае необходимости и вы держку заданной температуры. При этом точность задания программы термообработки деталей ограничена в основном стабильностью генераторов час" тоты и разрядностью цифроаналогового преобразователя (ЦАП) (3).

Однако точность реализуемой программы термообработки при использова- tO нии известного устройства совместно со стандартными термоэлектрическими (или оптическими) пирометрами существенно ограничивается. Это обусловлено нелинейностью выходной характеристики пирометра, которая в зависимос" ти от конкретного образца колеблется в пределах 2-10 . Такая точность отработки заданной программы по темпетуре часто не удовлетворяет требованиям, предъявляемым к подобным устройствам, при проведении исследовательских работ по изучению свойств металлов. Кроме того, из-за невозможности оперативно перестраивать декоди.р рующую сетку ЦАП устройство рассчитано на использование лишь одного типа термодатчика. Применение же других типов уермодатчиков из-за существенного увеличения погрешности обработки заданной программы невозможно.

Цель изобретения — повышение точности и расширение области применения устройства.

Поставленная цель достигается тем, З что в устройство для регулирования температуры. содержащее задающий генератор импульсов, соединенные последовательно и подключенные к его первому выходу первый ключ и реле времени, соединенные последовательно и подключенные к его второму выходу, второй ключ, а также управляемый делитель частоты с переменным ко- эффициентом деленйя, реверсивный счетчик импульсов, первый блок сравнения и блок управления, первый и второй выходы которого подключены ко вторым входам первого и второго ключей соответственно соединенные после- 1 довательно цифроаналоговый преобразователь> первым входом связанный с первым входом первого блока сравнения, второй блок сравнения, усилитель и индукционный нагреватель, подключен- H ный входом ко второму выходу усилителя, а выходом - к первому входу .

1 второго блока сравнения и установлен6 ф ный в тепловом контакте с индукционным нагревателем датчик температурь>, а также программный задатчик температуры, первым и вторым выходами соединенный со вторым и третьим входами реле времени, выходом йодключенного ко второму входу блока управления, третьим выходом - к второму входу управляемого делителя частоты с переменным коэффициентом деления, четвертым выходом - к второму входу реверсивного счетчика импульсов, который третьим входом связан с третьим выходом блока управления, пятым выходомсо BTopblM выходом первого блока сравнения, а шестым — с третьим входом блока управления> введены соединенные последовательно и подключенные к первому входу первого блока сравнения дешифратор, реверсивныи регистр сдвига и блок задания нелинейности выходного напряжения цифроаналогового преобразователя, причем второй вход реверсивного регистра сдвига соединен с четвертым выходом программного задатчика температуры, третийс третьим выходом блока управления, а первый и второй выходы блока задания нелинейности выходного напряжения цифроаналогового преобразователя со вторым и третьим входами. цифроаналогового преобразователя соответственно.

На чертеже приведена структурная схема предлагаемого устройства для регулирования температуры.

Оно состоит из задающего генератора 1 импульсов, первого 2 и второго 3 ключей соответственно, коммутирующих выходной сигнал задающего генератора, реле > времени, управляемого делителя 5 частоты с переменным коэффициентом деления, программный задатчик 6 температуры, содержащий переключатели 7, задающие время выдержки требуемой температуры. нагрева детали, переключатели 8, задающие требуемые скорости нагрева и осаждения детали, переключатель

9, задающий уставки по температуре, блок 10 пуска и обнуления, предназначенный для подготовки устройства к работе и запуску. блок 11 управления, управляющий работой устройства на всех этапах его функционирования, реверсивного счетчика 12 импульсов, осуществляющего подсчет количества импульсов, поступающих на его вход с выхода делителя g частоты, дешифратоto

25

5 9800 ра 13, преобразующего двоичный код, поступающий с выхода счетчика 12, в последовательность импульсов, реверсивного регистра 14 сдвига, первого блока 15 сравнения, осуществляющего сравнение заданной уставки по температуре с состоянием счетчика 12, цифроаналогового преобразователя ЦАП

16, преобразующего двоичную информацию, поступающую со счетчика 5, в аналоговый сигнал, второго блока 17 сравнения, позволяющего осуществлять непрерывное во времени сравнение заданных в программе температур с действительной температурой детали, уси- 15 лителя 18, усиливающего сигнал рассогласования, поступающий.с выхода блока 17 датчика 19 температуры блока 20 задания нелинейности выходного напряжения ЦАП, содержащее блок 21 задания уставок по напряжению, первого 22 и второго 23 многоканальных электронных коммутаторов, управляющих работой двухканального регулируемого источника 24 напряжения.. Устройство для регулирования температуры управляет работой индукционного нагревателя 25, состоящего из генератора 26 и индуктора 27.

Устройство работает следующим об- 50 разом.

С помощью переключателей 7-9, входящих в состав задатчика 6, задает.ся требуемая программа термообработки детали. При запуске блок I0 формирует сигналы, переводящие счетчик 12, реверсивный регистр 14 сдвига и блок

11 в исходное-состояние. Через промежуток:времени, необходимый для окончания переходных процессов во всех цепях устройства блок 10 переводит блок 11 в состояние, соответствующее

1 этапу программы термообработки нагреву детали. При этом блок !1 вырабатывает сигналы, переводящие счет- 5 чик l2 и регистр 14 в состояние прямого счета и разрешает. прохождение импульсов от задающего генератора 1 через ключ 3 на делитель 5 частоты.

Счетчик 12 осуществляет подсчет импульсов, поступающих на его вход от делителя 5 частоты, с частотой, определяемой положением переключателя 8.

Информация о состоянии счетчика 12 поступает на вход дешифратора 13, ЦАП 16 блока 15. При достижении в счетчике 12 числа, соответствующего температуре нагрева детали, заданной переключателем 9, блок 15 вырабатыва76 6 ет сигнал, переводящий блок 11 в состояние, соответствующее 1 этапу программы термообработки выдержки достигнутой температуры детали. При этом блок 11 запрещает прохождение последующих импульсов задающего генератора 1 через ключ 3 на вход делителя 5 частоты. Одновременно с этим открывается ключ 2, а счетчик 12 и регистр 14 переходят в реж м хранения находящейся в них к этому моменту информации. По окончании заданного переключателем 7 интервала выдержки достигнутой температуры детали реле 4 времени переводит блок 11 в состояние, соответствующее III этапу программы термообработки - охлаждению детали. При этом блок !1, закрывая ключ 2, разрешает прохождение импульсов задающего генератора 1 через ключ 3 и переводит счетчик 12 и регистр 14 сдвига в режим обратного счета. После полного считывания записанного в счетчик 12 числа блок !5 переводит блок !1 в исходное-состояние. ЦАП 16, на всех этапах термообработки детали преобразует двоичный код, поступающий от счетчика 12 в аналоговый сигнал, который, в свою очередь, подается на один из входов блока 17. На другой его вход поступает сигнал обратной связи от датчика I9 температуры. Разность этих сигналов, усиленная усилителем 18, управляет работой генератора 26 индукционного нагревателя 25, который в зависимости от величины и знака сигнала рассогласования увеличивает или уменьшает напряжение, питающее индуктор 27.

Блок 20 позволяет аппроксимировать нелинейную выходную характеристику термодатчика с помощью ломаной кусочно линейной кривой. При этом число точек перегиба аппроксимирующей кривой определяется требованиями, предьявляемыми к точности реализации заданной программы термообработки детали, В процессе реализации заданной программы термообработки детали на счетный вход реверсивного регистра

14 сдвига от дешифратора 13 поступает серия импульсов. Их число равно числу перегибов аппроксимирующей кривой в пределах заданной переключателем 9 температуры нагрева обрабатываемой детали. Выходы регистра .

Формула изобретения

Устройство для регулирования температуры, содержащее задающий генера-: тор импульсов, соединенные последовательно и подключенные к его первому выходу первый ключ и реле времени, соединенные последовательно и подключенные к его второму выходу, второй ключ, а так>не управляемый делитель частоты с переменным коэффициен том деления, реверсивный счетчик импульсов, первый блок сравнения и блок управления, первый и второй выходы которого подключены ко вторым входам первого и второго ключей соответственно, соединенные последовательно цифроаналоговый преобразователь, первым входом связанный с первым входом первого блока сравнения, второй блок сравнения, усилитель и индукционный нагреватель, подключенный входом ко второму выходу усилителя, а выходом к первому входу второго блока сравнения и установленный в тепловом контакте с индукционным нагревателем датчик температуры,а также программный задатчик температуры, первым и вторым выходами соединенный со вторыми и третьим вхЬдами реле времени, выходом подключенного ко второму входу ° блока управления, третьим выходом к второму входу управляемого делителя частоты с переменным коэффициентом деления, четвертым выходом - к второму входу реверсивного счетчика импульсов, который третьим входом связан с третьим выходом блока управления, пятым выходом - со вторым входом первого блока. сравнения, а шестым— с третьим входом блока управления, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и расширения области применения устройства, оно содержит соединенные последовательно и подключенные к первому входу первого блока сравнения дешифратор, реверсивный регистр сдвига и блок задания нелинейности выходного напряже7 98007

14 соединены с включенными параллель" но цепями управления коммутаторов

22 и 23. Каждому линейному отрезку аппроксимирующей кривой соответствует включенное состояние одного из 5 каналов коммутатора 22 и одного из каналов коммутатора 23. Через включенные каналы коммутаторов 22 и 23 на управляющие входы источника 24 напряжения подаются уставки по напряже- 1О нию, задаваемые блоком 21, для точек перегиба аппроксимирующей кривой в соответствии с нелинейной выходной характеристикой термодатчика. Выход-. ное напряжение одного из каналов ис- 15 точника 24 напряжения используется для питания декодирующей сетки ЦАП 16, а выходное напряжение второго канала источника 24 напряжения подается на нагрузочное сопротивление ЦАП 16, 20 где оно суммируется с напряжением за v данной программы, подаваемым на блок

17, Изменения напряжения питания декодирующей сетки ЦАП 16 ведет к изменению шага квантования, а следова- 25 тельно, и к изменению наклона выходного напряжения ЦАП 16 на этапах нагрева и охлаждения обрабатываемой детали, Изменение напряжения второго канала источника 24 напряжения ведет к изменению выходного напряжения ЦАП

16, а следовательно, и к смешению напряжения программы термообработки в точках излома аппроксимирующей линии.

Таким образом, зная тип термодатчика и изменяя в точках перегиба аппроксимирующей линии с помощью потенциомет ров наклон и смещение, входящих в состав блока 21 задания уставок по наЩ пряжению, величину выходных напряжений источника 24 напря>кения, можно корректировать выходное напряжение

ЦАП 16 в соответствии с выходной характеристикой термодатчика.

Использование в блоке 20 десятиканальных коммутаторов позволяет с высокой точностью аппроксимировать нелинейную выходную характеристику термодатчика. Например, для термоэлектрических параметров группы ХА, 50 удовлетворяющих требованиям ГОСТ 304461, максимальная ошибка аппроксимации не превышает 0,04 ., в диапазоне температур 200-1600 С.

Применение в регуляторе температу- 55 ры десятиразрядного цифроаналогового преобразователя и десятиканальных коммутаторов позволит использовать термодатчики различных классов, выходное напряжение которых изменяется от 10 до 100 мВт в диапазоне температур 2001600 С. При этом отклонения от заданб ной программы термообработки, как показали расчеты, не превысят 0,3i независимо от класса используемого датчика.

Источники информации принятые во внимание при экспертизе

Составитель А. Зарубин

Редактор А. фролова Техред- З,Палий Корректор О. Билак

Заказ 9359/38 Тираж 914 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам. изобретений и открытий

1l3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

9 980076 ния цифроаналогового преобразователя, причем второй вход реверсивного регистра сдвига соединен с четвертым выходом программного задатчика темпе- 1. Авторское свидетельство СССР ратуры, третий - с третьим выходом у N 640278,. кл. 6 05 0 23/l9, 1979. блока управления, а первый и второй выходы блока задания нелинейности вы- 2. Автррское свидетельство СССР ходного напряжения цифроаналогового Н 761589, кл. G 21 0 11/00, 1980. преобразователя - со вторым и третьим 3. Авторское свидетельство СССР входами .цифроаналогового преобразо- >o 628473, кл. G 05 0 23/19, 1978 вателя соответственно. (прототип).