Устройство для регулирования температуры

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 19) (11) 262 5 ) 23/19 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН В ин ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ(46) 23. 12.85, Бюл . В 47 (7 1) Куйбышевский ордена Трудового , Красного Знамени политехнический институт им. В.В.Куйбышева(56) Авторское свидетельство СССР 9 796810, кл. С 05 0 23/19, 1981.Страшун Л.З. и др. Программные регуляторы технологических процессов. Л.: 1973, с. 132-133 (прототип). (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВА- НИЯ ТЕМПЕРАТУРЪ, содержащее последовательно соединенные счетчик и циф" роаналоговый преобразователь, датчик и задатчик температуры, элемент сравнения, к выходу которого подключены параллельно включенные линейный усилитель, интегратор и дифференциатор, связанные выходами свходом сумматора, к выходу которогоподключен исполнительный элемент,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,с целью повышения точности регулирования и упрощения устройства, оносодержит последовательно соединенные дифференциальный усилитель сограничением и преобразователь напряжение-частота, соответствующиевыходы которого, подключены к суммирующему и вычитающему вХодам счетчика, причем входы дифференциально-,го усилителя с ограничением связаныс выходами задатчика ы датчика температуры, а входы элемента срав"нения - с выходами датчика температуры и цифроаналогового преобразователя.12002 б 2 5 10 15 20 25 30 3540 45 50 55 Изобретение относится к прецизионным регуляторам температуры и предназначено для использования в объектах, в которых температура регулирования должна достигать установленного значения с определенной постоянной скоростью например в установках дифференциального термического анализа (ДТА) .Цель. изобретения - повышение точ, ности регулирования и упрощение устройства.На чертеже представлена схема предлагаемого" устройства для регулирования температуры.Устройство содержит задатчик 1 температуры, датчик 2 температуры, преобразующий температуру в электрический сигнал, дифференциальный усилитель 3, элемент 4 сравнения, преобразователь 5 напряжения в частоту(ПНЧ), счетчик б, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 7, линейный, усилитель 8, интегратор 9, дифференциатор 10, сумматор 11, исполнительный элемент 12.Устройство работает следующим образом.После подачи напряжений, питающих элементы схемы, счетчик б и интегратор 9 автоматически или вручную устанавливаются в нулевое состояние. Если на выходах задатчика 1 и датчика 2 присутствует сигнал, соответствующий нулевой начальной температуре, то на выходе дифференциального усилителя 3 также нулевое напряжение, поэтому импульсы с выходов ПНЧ 5 не поступают ни на вход сложения, ни на вход вычитания счетчика б, на выходе ЦАН 7 присутствует напряжение соответствующее нулевой тем 1пературе. На выходе элемента 4 сравнения напряжение ошибки также нулевое, поэтому разогрева объекта регулирования йе происходит.После установки при помощи датчика 1 скачка температуры с исход" ной на заданную усилитель 3 начинает работать в режиме ограничения, Из-за большого коэффициента усиления на входе ПНЧ 5 устанавливается максимальное, например, положительной полярности напряжение. На выходе ПНЧ 5, подсоединенном к входу сложения счетчика 6, появляются импульсы напряжения постоянной частоты, определяемой выходным напряжением усилителя 3 в режиме ограничения и крутизнойпреобразования ПНЧ 5. Число, записанное в счетчике бначинает равномерно возрастать. Также начинает возрастать и напряжение, поступающее на элемент 4 сравнения с выходаЦАП 7. На выходе элемента 4 сравнения появляется возрастающее напряжение ошибки, подаваемое на исполнительный элемент через линейный усилитель 8 и сумматор 11. Одновременно начинают функционировать интегратор 9 и дифференциатор 10, также воздействуя черезсумматор 11 на исполнительный элемент. Исполнительный элемент подает в нагрузку мощность, под воздействием которой начинается разогрев объекта регулирования. Сигнал с выхода датчика.2 начинаетвозрастать, компенсируя возрастающее напряжение, поступающее наэлемент 4 сравнения с выхода ЦАП 7.Далее ПИД-регулятор работает обычным образом, поддерживая величинуошибки на выходе элемента 4 срав,нения близкойк нулю, т,е. законизменения сигнала с выхода датчика температуры повторяет закон изменения напряжения с выхода ЦАП .7,В процессе разогрева управляемого объекта и приближения к задаваемой программой температуре усилитель 3 из-за большого коэффициента усиления работает в режиме ограничения, и сигнал на выходе ПНЧ 5 поддерживается максимальным и неизменным., частота следования импульсов, поступающих с выхода ПНЧ 5 на вход сложения счетчика б, остается неизменной, цифровой код, поступающий с выхода счетчика б на вход ЦАП 7, равномерно возрастает, соответственно равномерно возрастает и напряжение на выходе ЦАП 7, происходит линейное возрастание температуры управляемого объекта.Когда. разница сигналов с задатчика 1 и датчика 2 уменьшается настолько, что усилитель 3 выходит изограничения, начиная работать в линейном режиме усиления, его выходной сигнал пропорционально уменьшается (по абсолютному значению).Пропорционально начинает уменьшаться,и частота следования импульсов навыходе ПНЧ 5, происходит замедле200262 3 1 ние роста напряжения и выхода ЦАП 7, выходной сигнал сумматора 11 через исполнительный элемент 12 начинает ограничивать мощность, подаваемую на объект регулирования, Скорость нарастания температуры при подходе к заданному значению температуры равномерно снижается до нулевого значения,.поэтому выход объекта на . заданную температуру происходит асимптотически снизу, без перерегулирования. В процессе дальнейшей работы ПИД-регулятор поддерживает установленную температуру объекта с заданной точностью, пока в программе нет резких изменений величины задаваемой температуры.Если в программе имеется резкое изменение задаваемого значения температуры, например, при переходе на поддержание более низкой температуры усилитель 3 снова переходит в режим ограничения, его выходное напряжение принимает максимальное значение, но уже противоположной полярности, например отрицательной. Теперь импульсы напряжения с выхода ПНЧ 5 поступают на вход вычитания счетчика 6, цифровой код на входе ЦАП 7 начинает равномерно уменьшаться, соответственно равномерно уменьшается и напряжение, поступающее на вход .элемента 4 сравнения с выхода ЦАП 7.Выходной сигнал сумматора 11 через исполнительный элемент 12 снижает мощность, подаваемую на управляющий объект, происходит равномерное снижение температуры объекта. В процессе приближения температуры объекта к заданной величине элемент сравнения выходит из режима ограничения, скорость уменьшения напряжения на выходе ЦАП 7 снижается до нулевой, температура объекта регулирования стабилизируется с заданной точностью на новом уровне.Скорость изменения температуры объекта регулирования зависит от частоты импульсов, поступающих с выхода ПНЧ 5 на один из входов счетчика 6, поэтому, управляя крутизной преобразования ПНЧ 5, можно получить любые, вплоть до максимально возможных, скорости линейногоизменения температуры, благодарячему область применения изобретения существенно расширяется. Так,устройство может быть использовано1 О в установках для выращивания монокристаллов, где выход на заданнуютемпературу должен осуществлятьсясо скоростями порядка единиц - десятков градусов в час, в устройствахдля термических методов анализа (сканирующая микрокалориметрия, дифференциальный термический анализ, термогравиметрия и т.д.), где используются скорости выхода на заданнуютемпературу от долей до десятковградусов в минуту, а также в областях традиционного применения программных регуляторов температуры,Кроме того, использование изобретения удлиняет срок службы объекта регулирования вследствие снижениятермических градиентов в конструкционных материалах и плотности тока30через нагреватели в процессе выходана установленную температуру,Устройство легко может быть использовано в автоматизированных системах с использованием ЭВМ для контроля и управления технологическимипроцессами, поскольку цифровой кодсчетчика 6 отображает текущую температуру объекта регулирования спогрешностью, не превышающей суммыпогрешности датчика 2 температуры,ЦАП 7 и ошибки регулирования,т.е.в структуре предлагаемого устройства содержится готовый цифровойтермометр.Таким образом, изобретение выполняет функции трех раздельныхустройств: собственно регуляторатемпературы, программатора-задатчика линейно изменяющегося напряженияи цифрового измерителя температуры.1200262 ставитель Л.Птенцовахред Ж.Кастелевич едактор С.Саенко орректор С.Черн 862ственного комитета ретений и открытий 5, Раушская наб д каз 78 бб/5 одписн Тираж ВНИИПИ Госуда по делам изо 5, Москва, ЖФилиал ППП "Патент", г.ултород, ул.Проектная,