Регулятор температуры

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК Ь 05 Р 2(/ ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМ ДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТН(71) Специальное конструктррское технологическое бюро ДонецкогО,физико-технологического института АН УССР(56) 1. Авторское свидетельство СССР 9 798759, кл. 6 05 Й 23/ 19, 19792. Авторское свидетельство СССР Ь 481887, кл. 6 05 0 23/19, 1972 (прототий). ЯО.1 08955(54) (57) РЕГУЛЯТОР ТИШЕРАТУРЫ, содержащий термодатчик объекта и задат.чик температуры, подключенные к элементу сравнения, выход которого подключен через усилитель-ограничительк первому суммирующему входу сумматора, второй суммирующий вход которого соединен с термодатчиком объекта, а выход - с нагревателем, о тл и ч а ю щ и й с я. тем, что, сцелью повышения точности регулирования за счет подавления флуктуаций темтемпературы нагревателя,.онсодержиттермодатчик нагревателя, который подключен к вычитающему входу сумматораИзобретение относится к автоматическому регулированию температуры иможет быть использовано для автоматизации физических экспериментов,когда требуется изменять температуруво времени с заданной скоростью донаперед установленного значения споследующей стабилизацией ее на этом . уровне.Известно устройство для регулиро"вания температуры, содержащее свя-занный с нагревателем первый датчиктемпературы, связанный с объектом.Между выходами этих датчиков включен потенциометр, подвижный контакткоторого соединен с первым входомкомпаратора, второй вход которогосвязан с задатчиком температуры, авыход через регулирующий орган -с нагревателем 1.Потенциометр позволяет производитьоптимальную настройку регулятора, 20 однако для осуществления линейнойразвертки температуры необходимозадавать с задатчика температуры линейно-изменяющееся напряжение. Данное устройство не позволяет контролировать температуру объекта по сиг-.налу задания, Кроме того, существу"ет зависимость степени подавления флуктуаций температуры в нагревателе и объекте от настройки регуля- З 0тора.Наиболее близким по технической 1 сущности к предлагаемому является терморегулятор, содержащий эадатчик . температуры и термодатчик, подключен. ные к вычитателю, выход которого соединен с входом усилителя, а выход усилителя через последовательно соединенные сумматор и блок управления подключен к нагревателю, эадатчик температуры подсоединен к суммирую щему входу вычитателя, вычитающий вход которого подключен к выходу термодатчика и второму входу сумматора 21.Терморегулятор обеспечивает выход 45 на заданное значение температуры с требуемой скоростью и автоматический переход в режим стабилизации по достижений этого значения. Однако для реализации линейной развертки темпе ратуры используется положительная обратная связь, а отрицательная обратная связь при этом разомкнута, в связи с чем регулятор не обеспечивает подавления флуктуаций температуры на нагревателе, которые, в частности, связаны с колебанием напряжения питания нагревателя, изменением условий теплообменна, например, с изменением расхода теплообменного газа и т.д., что приводит к60 флуктуации температуры объекта.Кроме того, в терморегуляторе не учитывается инерционность нагревателя, что снижает точность регулирования температуры, так как при 65 близких по величине постоянных времени нагревателя и объекта обеспечить его устойчивую работу затруднительно.Цель изобретения - повышение точности регулирования эа счет подавления флуктуаций температуры нагревателя.Поставленная цель достигается тем, что регулятор температуры, содержащий термодатчик объекта и задатчик температуры, подключенные к элементу сравнения, выход которого подключен через усилитель-ограничитель к первому суммирующему вхо" ду сумматора, второй суммирующий вход которого соединен с термодатчиком объекта, а выход - с нагревателем, содержит термодатчик нагревателя, который подключен к вычитающему входу сумматора,.В таком устройстве термодатчик нагревателя, обеспечивает подавление флуктуаций температуры на нагревателе в момент появления, до того как они проявят себя на объекте.На чертеже представлена структурная схема устройства.Устройство содержит элемент 1 сравнения, суммирующий вход которого соединен с выходом эадатчика 2 температуры, а вычитающий вход подсоединен к выходу термодатчика 3 объекта. Выход элемента 1 сравнения последовательно соединен с усилителем- ограничителем 4 с регулируемым уровнем ограничения, сумматором 5, усилителем 6, регулирующим органом 7.и нагревателем 8, который воздействует на объект, Второй суммирующий вход сумматора подсоединен к выходу термодатчика 3 объекта, а вычитающий вход - к выходу термодатчика 9 нагревателя, расположенного в среде, непосредственно окружа ющей нагреватель, Термодатчик 9 подключен так, что его сигнал при алгебраическом суммировании в сумматоре 5 вычитается из выходных сигналов усилителя-ограничителя 4 и термодатчика 3.Регулятор температуры работает следующим образом.Задатчик 2 температуры вырабатывает сигнал, соответствующий требуемой температу 1%. При изменении сигнала задания, например скачком сигнал рассогласования, равный разности между сигналом задания и сигналом термодатчика 3 объекта, усилившись усилителем-ограничителем 4, переведет его в режим ограничения, разомкнув тем самым второй контур регулирования. Первый контур получив управляющее воздействие, равное установленному уровню ограничения усилителя-ограничителя 4 отработает его так, что разность сигналов термодатчиков 3 и 9 станет равной выходному сигналу1089557 11 + тР ф Отсюда 1ПЗ ПФТ.р усилителя-ограничителя 4. Объект начнет, например, разогреваться, однако пока температура объекта не достигнет заданного значения, на выходе усилителя-ограничителя 4 будетподдерживаться постоянный сигнал,По этой постоянной команде первыйконтур будет изменять мощностьнагревателя 8 так, чтобы разностьтемператур между температурой нагревателя и температурой объекта 10(тепловой напор) была постоянна.Если, например, теплообмен междуобъектом и нагревателем осуществляется струей газа, последовательноОмывающей в теплоизолированном канале нагреватель и объект, то градиент температур между газом и объектом будет постоянен, что соответственно вызовет линейное нарастание температуры объекта.По достижении объектом заданнойтемпературы, точнее, когда усилитель-ограничитель 4 выйдет из режима ограничения, замкнется вторЬй контур регулирования, Регулятор автома"тически перейдет из режима линейнойразвертки температуры в режим стабилизации. При этом любая флуктуация температуры газа, вызваннаялибо колебаниями его расхода, либо.колебаниями напряжения. питания на- З 0гревателя как в режиме линейнойразвертки, так и в режиме стабили"зации, сразу же будет зафиксированатермодатчиком 9 нагревателя и подавлена по первому контуру, не дойдя 35до объекта и термодатчика 3. А любыефлуктуации температуры объекта врежиме стабилизации будут зафиксированы.термодатчиком 3 и подавленыпо второму контуру. 40Таким образом, регулятор температуры обеспечивает выход по линейному закону с требуемой скоростью назаданное значение температуры с автоматическим переходом в режим стабилизации. При этом скорость изменения температуры можно изменять изменяя уровень ограничения усилителяограничителя 4,Кроме этого, регулятор темпера туры Может также работать от про.- граммного эадатчика, реализующего требуемый закон изменения темпера- туры. В этом случае достижение уровня ограничения усилетелем-ограничи телем 4 может служить индикатором превышения максимальной скорости набора (сброса) температуры,За счет наличия первого контура устраняется влияние инерционности 60 нагревателя, обеспечивается линейная развертка температуры и подавление флуктуаций температуры нагревателя, что можно доказать следующим образом. 65 Пусть Ц -выходное напряжение уси" лителя-ограничителя 4, П, 09 выходные сигналы термодатчиков 3 и 9 соответственно, К - коэффициент передачи узлов 5, 6, и 7.В упрощенном виде передаточную функцию нагревателя можно представить выражением где Т 11- постоянная времени нагревателя; Р " оператор Лапласа,а передаточную функцию объекта11+ Т Р где Т.о " постоянная времени объекта.Тогда для первого контура можно записать4 1 ц 1 ЦЗ 9)К 4+1 р 11 Р0 09(4 То Р) П =П(1 атееК + о При достаточно большом К первым членом знаменателя можно пренебречь,т.е. 1откуда следует, что влияние инерционности нагревателя устранено,Из формулы (1) видно, что первыйконтур по отношению к входному сигналу П, представляет собой интегратор. Это позволяет, задавая постоянный сигнал на вход первого контура,обесцечить линейную развертку температуры.Сделав аналогичные выкладки длясигнала помехи действующего на нагреватель, получаем 1Цзп = Пп Кт Рогде П- сигнал помехи, зафиксированный термодатчиком 3;Оп - сигнал помехи, приведенный к входу нагревателя.Из формулы (2) следует, что сигнал помехи подавлен в К раз в первом контуре и, соответственно, возмущающее воздействие от сигнала помехи на нагревателе для второго контура в К раз меньше.По сравнению с базовым объектом в качестве которого принят серийно выпускаемый прибор регулирующий аналоговый Р 133 паспорт Е 3,222.013.ТО, предлагаемое устройство обладает,Заказ 2932/44 Тираж 842 Подписное ННИИПИ Государственного комитета СССР поФЬелам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д.5Филиал ППП Патейтфг. УжгороД, ул. Проектная, 4 расширенными функциональными воэможностямитак как обеспечивает развертку температуры с заданной скоростьв с автоматический переходом в режим стабилизации на выбранном значении температуры без применения ге нератора развертки.При этом повышается точность ре-гулирования температуры за счет введения в регулятор дополнительно-, го контура регулирования с датчиком, 1 О контролирующим температуру среды, не. посредственно окружающей нагреватель. Дополнительный контур обеспечивает подавление Флуктуаций температуры нагревателя в момент их появления, дотого как они проявят себя на объекте, т.е. реализуется принцип регулировайия по возмущению без применения.частотно-зависимых элементов. Например, при изменении расхода теп лообменного газа на 20 при использовании Р 133 наблюдалось отклонение температуры на 10 от установившегося ф уровня, При аналогичном воздействии предлагаемое устройство обеспечилб отклонение температуры не более 2. Дополнительный контур также уменьшает влияние инерционности нагревателя благодаря наличию отрицательной обратной связи по температуре нагревателя. Это повышает устойчивость работы,регулятера и улучшает его динамические характеристики.Кроме того, регулятор без применения дополнительных элемейтов обеспечивает защиту нагревателя от теплового разрушения во времй переходных процессов и в случае нарушения теплового контакта нагреателя с объектом (например, если рекратится дроток теплообменного газа)., Это обеспечивается тем, что дополнительным датчиком всегда контролируется температура нагревателя, а максимальная разность температур между нагревателем и объектом величина задаваемая и выбирается такой, чтобы исключить возможность теплового разрушения нагревателя.