Устройство для регулирования температуры

(19) ( 4(51) Г 05 П 23 АНИЕ ИЗОБРЕТЕ е свидете С 05 0 23 ОСУДАРСТБЕННЦЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) 1. Певзнер В,В. Прецизионные регуляторы температуры. М., "Энергия 1973, с. 38.2. Авторско льство СССР Р 556419, кл. /19, 1977 (прототип),(54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ, содержащее программный задатчик и датчик температуры, последовательно соединенные элемент сравнения, к входам которого подключечы программный задатчик и датчик температуры, блок регулирования, исполнительный элемент и объект регулирования, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены цепь нелинейной положительной обратнойсвязи, усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, функциональнь 1 й усилитель и последовательносоединенные дифференцирующий элемент, компаратор и запоминающийэлемент, причем усилитель с регулируемым коэффициентом усиления включен между выходом элемента сравненияи входом блока регулирования, цепьнелинейной положительной обратнойсвязи включена межцу выходом датчикатемпературы и первым управляющимвходом усилителя с регулируемым коэффициентом усиления, второй управляющий вход которого связан черезфункциональный усилитель с входомдифференцирующего элемента и выходомэлемент сравнения, выход запоминающего элемента подключен к третьемууправляющему входу усилителя с регулируемым коэффициентом усиления.1138789 30 2. Устройство по п.1, о т л и -ч а ю щ е е с я тем, что, с цельюповышения надежности, в него введенблок защиты, входы которого подключеИзобретение относится к автоматике для систем автоматизации технологических процессов, например систем автоматического программного регулирования температуры при теплопроч,ностных испытаниях конструкций летательных аппаратов.Известен регулятор температуры, содержащий измерительный блок, который состоит из задатчика, устройства сравнения, промежуточного усилителя, и регулирующее устройство 13Недостаток этого регулятора состоит в том, что он применим лишь для стабилизации определенного уровня температуры, задаваемой задатчиком. При этом для каждого уровня температуры необходима настройка его параметров, чтобы получить необходимую точность. 20 Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для регулирования температуры, содеРжащее датчик и программный задатчик температуры, подключенные через элемент сравнения к блоку управления, состоящему из двуполярного операционного усилителя с элементами селекции на выходе, к которым подключены отрицательные обратные связи и исполнительное устройство, изменяющее количество тепла, подводимое к испытываемому объекту 2Такое устройство позволяет производить программное регулирование З 5 температуры. Однако его применение ограничено узким диапазоном температур. Максимальные температуры, до которых с достаточной (1-27) точностью можно производить регулирование, лежат в пределах 200-300 С. При более высоких температурах точность регулирования существенно снижается, так как потери тепла испытываемым объектом растут пропорци онально четвертой степени темпераны к выходам элемента сравнения йдатчика температуры соответственно,выход - к входу блокировки исполнительного элемента,туры, а инерционные характеристики изменяются пропорционально третьей степени температуры. Надежность известного устройства ограничена из-за отсутствия защиты испытываемого объекта по ошибке регулирования и по превышению допустимой температуры.Цель изобретения - повьппение точности и надежности устройства,Указанная цель достигается тем, что в устройство для регулирования температуры, содержащее программный задатчик и датчик температуры, последовательно соединенные элемент сравнения, к входам которого подключены программный задатчик и датчиктемпературы, блок регулирования, исполнительный элемент и объект регулирования, введены цепь нелинейной положительной обратной связи, усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, Функциональный усилитель и последовательно соединенные дифференцирующий элемент, компаратор и запоминающий элемент, причем усилитель с регулируемым коэффициентом усиления включен между выходом элемента сравнения и входом блока регулирования, цепь нелинейной положительной обратной связи включена между выходом датчика температуры и первым управляющим входом усилителя с регулируемым коэффициентом усиления, второй управляюнр 4 й вход которого связан через функциональный усилитель с входом дифференцирующего элемента и выходом элемента сравнения, выход запоминающего элемента подключен к третьему управляющему входу усилителя с регулируемым коэффициентом усиления. Кроме того, с целью повьппения надежности, в устройство введен блок защиты, входы которого подключены к выходам элемента сравнения и113 8785о152025зоуправляющим входом усилителя 94 О455 О55 датчика температуры соответственно, а выход - к входу блокировки исполнительного элемента.. На чертеже представлена блок-схема устройства для регулирования температуры.Устройство содержит программный задатчик 1, соединенный выходом с элементом 2 сравнения, на другой вход которого подключен датчик 3 температуры, измеряющий температуру объекта 4 регулирования .Выход датчика 3 температуры подключен, кроме того,к входу нелинейной цепи (положительной обратной связи) 5 и блоку 6 защиты.Выход элемента 2 сравнения связан с входами блока б защиты, функционального усилителя 7, дифференцирующего элемента 8 и усилителя 9 с регулируемым коэффициентом усиления, на три других управляющих входа которого подключены выходы цепи 5 нелинейной положительной обратной связи, функционального усилителя 7 и запоминающего элемента 10; Вход запомйнающего элемента 10 связан с выходом компаратора 11, который по входу соединен с дифференцирующим элементом 8. Выход усилителя 9 с регулируемым коэффициентом усиления соединен с входом блока 12 регулирования, выход которого подключен к входу исполнительного 13 элемента. Выход ис.полнительного элемента 13 связан с объектом 4 регулирования, а вхсд блокировки исполнительного элемента соединен с выходом блока б защиты.Устройство работает следующим образом. Программный задатчик 1 задает необходимый закон изменения температуры в виде электрического сигнала. На элементе 2 сравнения этот сигнал сравнивается с сигналом обратной связи от датчика 3 температуры, измеряющего температуру объекта 4 регулирования. Разность этих сигналов (ошибка регулирования) через усилитель 9 с регулируемым коэффициентом усиления поступает на блок 12 регулирования, формирующий по заданному закону сигнал управления, который поступает на исполнительный элемент 13 Исполнительный элемент регулирует поток тепла, поступающий в испытываемый объект 4, минимизируя ошибку регулирования. 9 4Постоянные настройки блока 12 регулирования обеспечивают регулирование с необходимой точностью только для небольших температур (200- 300 С). Так как при этих температуорах инерционность регулируемого объекта 4 велика, то коэффициент усиления канала регулирования из условий устойчивости должен быть небольшим. При расширении диапазона регулируемых температур (1000 С и больше) из-за увеличения потерь тепла испытываемым объектом путем излучения для поддержания точности на прежнем уровне необходимо коэффициент усиления увеличивать. Потеря устойчивости при этом может не произойти, так как с ростом температуры инерционность испытываемого объекта уменьшается. Повышение коэффициента усиления осуществляет усилитель 9 с регулируемым коэффициентом, коэффициент усиления которого по первому управляющему входу увеличивает цепь 5 нелинейной положительной обратной связи, своим входом подключенная к выходу датчика 3 температуры. Для повышения устойчивости работы устройства в него введен функциональный, усилитель 7,своим входом связанный с элементом2 сравнения, а выходом - с вторым функциональный усилитель 7 уменьша э 5 ет коэффициент у"иления усилителя 9 по заданному Функциональному закону при малых ошибках регулирования, Для подавления автоколебаний, если они возникли при повышении коэффициента усиления, за счет цепи положительной обратной связи в устройство введены дифференцирующий элемент 8, комс паратор 11 и запоминающий элемент 10, При росте регулируемой температуры для повышения точности элемент 5 нелинейного управления по температуре путем воздействия на обратную связь корректируюцего усилителя 9 увеличивает его коэффициент усиления. Если при этом автоколебания не возникают, то выходное напряжение дифференцирующего элемента 8 близко к нулю. При появлении автоколебаний выходное напряжение дифференцирующего элемента 8 растет и, начиная с некоторого заранее устанавливаемого порога, обеспечивающего допустимый уровень автоколебаний, компара1138789 1 О Составитель Л.ПтенцоваРедактор Р.Цицика ТехредЛ.Мартяшова Корректор Н.Король Заказ 10688/37 . Тираж 8 б 3 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 тор 11 формирует импульс, который с заданной задержкойпоступает в запоминающий элемент 10. Запоминающий элемент из исходного состояния переходит в следующее и уменьшает 5 коэффициент усиления усилителя 9.Если при этом не происходит срыв автоколебаний, то компаратор 11 по выходному напряжению дифференцирующего элемента 8 вырабатывает следующий импульс, и запоминающийэлемент переходит в следующее состояние, уменьшая еще коэффициент усиления усилителя 9. Этот процесс идет до тех пор, пока не произойдет 15 срыв автоколебаний, т.е. когда выходное напряжение дифференцирующего элемента 8 не станет ниже порогового значения.В процессе одного испытания пере вод запоминающего элемента в ис - ходное состояние не производится.Он остается всегда в положении, при котором обеспечивается максимально высокий коэффициент усиления корректирующего усилителя при допустимомуровне автоколебаний. За счет этогоповышается точность регулирования.При включении устройства и при егоповторном включении запоминающийэлемент ставится в исходное состояние. ФБлок 6 защиты осуществляет защиту испытываемого объекта 4 в случае превышения допустимых температур и ошибок регулирования. На его входы подаются сигналы с элемента 2 сравнения и датчика 3 температуры, а его выходной сигнал поступает на исполнительный элемент 13, предотвращая аварийный перегрев объекта регулиро- вания.Применение изобретения обеспечивает повышение точности регулирования в диапазоне температур 20- 1500 С до 17 по сравнению с 87 у известного устройства.