Устройство для регулирования температуры

(56) Авторское сеидеМ 1092471, кл, 6 05Авторское свидеМ 1061114, кл. б 05 18 льство СССР 23/19, 1984. льство СССР 23/19, 1983. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(57) Изобретение относит ции технологических пр быть использовано для р пературы в обьектах с эл ми. Изобретение позв точность и устойчивость стабилизации тем перату для регулирования темпе щее датчик 1, двоичный с ком 6 цифрового типа, ген ЕГУЛИРОВАНИЯ ся к автоматизаоцессов.и может егулирования тем- ектронагревателяоляет повысить регулирования и ры, В устройство ратуры, содержачетчик 5 с задатчиератор 3 опорной Изобретение относится к автоматизации технологических процессов и может быть использовано для регулирования температуры в обьектах с электронагревателями.Цель изобретения - повышение точности и устойчивости работы устройства,На фиг. 1 представлена структурная схема устройства; на фиг, 2 - циклограмма его работы.Устройство содержит датчик температуры 1, соединенный с преобразователем напряжение - частота 2, генератор опорной частоты 3, первый элемент И 4, первый счетчик 5 с цифровым задатчиком температуры 1649521 А 1 частоты, элементы И 4, 8, 16, 17, преобразователь напряжение-частота 2, введены второй счетчик 9, регистр хранения 10, третий счетчик 11, триггер 12, формирователи импульсов по положительному 13 и отрицательному 14 фронтам, делитель частоты 15. В период высокого уровня импульсов с преобразователя 2 счетчик 5 заполняется импульсами высокой частоты с генератора 3, разрядность которого определяется задатчиком 6 и по заполнении которого далее заполняется через элемент 8 счетчик 9, содержимое которого пропорционально разности заданной и текущей температур и которая последовательно переписывается в регистр 10 и счетчик 11, У каждого импульса, поступающего в нагрузку через элемент 17с выхода делителя частоты 15, передний фронт задерживается на время, обратно пропорциональное содержимому счетчика 11, и тем самым изменяется мощность, подводимая к нагрузке. 2 ил,6 в виде программного переключателя, инвертор 7, через который сигнал запрещения с выхода счетчика 5 поступает на вход элемента И 4, третий элемент И 8, второй счетчик 9, регистр хранения 10 с записью параллельного кода с выхода счетчика 9, третий счетчик 11 с предварительной записью параллельного кода с выхода регистра 10, триггер 12, формирователи импульсов по положительному фронту 13 и отрицательному фронту 14, делитель частоты 15, второй элемент И 16, четвертый элемент И 17, усилитель мощности 18.Устройство работает следующим образом, 16495215 10 20 30 40 50 55 Датчик температуры 1 в аиде термопары устанавливается на объект регулирования температуры; ЭДС с датчика 1 в преобразователе 2 напряжение-частота преобразуется в импульсную последовательность с частотой, пропорциональной ЗДС термопары или, в конечном счете, измеряемой температуре.Генератор. опорной частоты 3 вырабатывает импульсное напряжение стабильной частоты, счетчики и регистр в исходном состоянии установлены в нулевое состояние, На программном переключателе 6 устанавливается требуемая температура регулирования,Код устанавливаемой температуры на программном переключателе 6 является кодом предварительной установки счетчика 6 по входу предварительной записи,Устройство начинает работать при подаче разрешающего уровня "Пуск" на вход первого элемента И 4. При наличии разрешающего уровня через элемент 4 проходят импульсы с преобразователя 2 и генератора 3, причем частота импульсов генератора 3 значительно превышает частоту импульсов преобразователя 2 (в 500-1000 раз), скважность которых выбирается равной 100 - 120. В момент, когда импульс с преобразователя 2 имеет высокий уровень, счет.- чик 5 заполняется импульсами опорной частоты,Как только счетчик 5 полностью заполнится на выходе переполнения появляется вь 1 сокий уровень, которым через инвертор 7 запирается элемент И 4 по входу и разрешается прохождение импульсов опорной частоты через элемент И 8 на вход второго счетчика 9. Счетчик 9 заполняется импульсами опорной частоты. Если длительность высокого уровня импульса с преобразователя 2 достаточна, то счетчик 9 заполняется полностью и низким уровнем переполнения со счетчика 9 запирается элемент И 8, прохождение импульсов опорной частоты прекращается, Если высокий уровень импульса с преобразователя. кончается раньше, то счетчик 9 остается не заполненным и низким уровнем импульса с преобразователя 2 сбрасывается счетчик 5, низким уровнем с выхода которого запирается элемент И 8, дальнейшее заполнение счетчика 9 прекращается, По отрицательному фронту импульса с преобразователя 2 формирователем 14 вырабатывается короткий импульс, по которому выходной код счетчика 9 записывается в регистр 10. По положительному фронту импульса с преобразователя 1 формирователем 13 вырабатывается короткий импульс, которым сбрасывается в нулевое состояние счетчик 9. На выходе делителя 15 частоты постоянно присутствуют импульсы поделеннойопорной частоты с длительностью высокогоуровня Ь, причем длительность тп выбирается такой, чтоЬ "М 9 аах т,где Й 9 вах - максимальная. разрядностьсчетчика 9;т - период опорной частоты,Низким уровнем импульса с выхода делителя 15 частоты происходит запись содержимого регистра 10 в счетчик 11 по входу предварительной записи, При этом, разрядность счетчика 11 выбирается равной разрядности счетчика 9, Когда уровень импульса на выходе делителя 15 частоты высокий, импульсы опорной частоты через элемент И 17 заполняют по входу прямого счета счетчик 11. По окончании заполнения на выходе счетчика 11 появляется низкий уровень, которым переключается триггер 12, на инверсном выходе которого устанавливается низкий уровень, а на прямом выходе - высокий. Низким уровнем с выхода триггера 12 счетчик 11 сбрасывается по входу сброса и элемент И 17 запирается. Высоким уровнем с другого выхода триггера 12 открывается элемент И 16 и высокий уровень импульса с выхода делителя 15 частоты проходит через элемент И 16 в усилитель мощности 18, на выходе которого подключена нагрузка. Таким образом, положительный фронт импульса с выхода делителя 15 частоты задерживается на время ц или на время. счета до заполнения счетчика 11;Коэффициент деления делителя 15 частоты выбирается такой, чтобы частота на выходе была в 10-50 раз больше частоты с преобразователя 2, Процесс регулирования температуры осуществляется подачей в нагрузку широтно-модулированных импульсов необходимой амплитуды,Очередным, низким уровнем импульса с выхода делителя 15 частоты триггер 12 устанавливается в исходное состояние, элемент И 16 запирается, элемент И 17 отпирается, происходит процесс записи в счетчик 11 содержимого регистра 10 и процесс счета повторяется.В.работе регулятора наблюдаются два периода,Первый период - это выход регулятора на требуемый режим, второй период - поддержание температуры на требуемом уровне, В первом периоде, когда температура объекта низка, длительность периода выходных импульсов с преобразователя 2 до 5 1649521статочно велика, В этот период счетчик 9 заполняется полностью. Уровень переполнения счетчика 9 запирает по входу элемент И 8, на выходе счетчика устанавливается максимальный двоичный код. Этот код затем последовательно переписывается в регистр 10 и с каждым импульсом с делителя 15 частоты - в счетчик 11. На выходе счетчика 11 при максимальном коде устанавливается низкий уровень заполнения, триггер 12 переключается и с выхода делителя 15 частоты импульс полностью проходит через элемент И 16 в усилитель мощности 18 и нагрузку, По мере повышения температуры обьекта регулирования повышается частота импульсов на выходе преобразователя 2 и уменьшается длительность периода.Количество импульсов полного заполнения счетчиков 5 и 9 становитсяМ 5+ И 9 щах- -р,где Й 5 - разрядность заполнения счетчика 5, установленная на программном переключателе 8;Тпр - длительность высокого уровня импульса выходной частоты с преобразователя 2,При этом, счетчик 9 заполняется не полностью и чем выше температура, тем меньше Тпр и меньше импульсов сосчитывается счетчиком 9й 9= -- Й 5.Выходной код счетчика 9 последова-. тельно переписывается в регистр 10 и счетчик 11. При этом, чем меньше импульсов будет записано в счетчике 11, тем больше импульсов опорной частоты необходимо до заполнения счетчика 11, следовательно и больше становится задержка фронта импульсов с выхода делителя 15 частоты.Длительность выходного импульса твоих, в нагрузке равнатвых = тп тз,Точность поддержания температуры можно оценить следующим образом. Длительность импульса с преобразователя 2 Тпр больше длительности импульса Ь с делителя 15 частоты в К раз, т,е.тп КПри изменении температуры изменяется длительность Тпр на ЬТпр, таким обра жания температуры определяется выбором соотношения длительностей импульсов с преобразователя и делителя 15 частоты, Практически это соотношение равно К=25- 20,Задание температуры в цифровОм коде, цифровая обработка информации в процессе регулирования позволяют быстро и точно установить требуемую темпер.атуру регулирования и получить высокую точность поддержания температуры в процессе регулирования и обеспечить быстрый и устойчивый процесс выхода на заданный режим. Наличие информации в цифровом коде позволяет использовать ЭВМ, микропроцессоры и другие управляющие устройства для контроля качества регулирования и получения документации о процессе регулирования и поддержания температуры. 25 30 35 40 Формула изобретения Устройство для регулирования тем пературы, содержащее последовательно соединенные датчик температуры, преобразователь напряжение-частота, первый элемент. И и первый счетчик с цифровым задатчиком, подключенным к его установочным входам, а также генератор опорной ча.стоты, элементы И, блок управления и усилитель мощности с нагрузкой на выходе, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и устойчивости работы устройства, оно содержит делитель частоты, формирователи импульсов по положительному и отрицательному фронтам, инвертор, аблок управления выполнен в виде последовательного соединения второго счетчика, регистра хранения, третьего счетчика и триггера, прямой выход которого через втозом, длительность импульса на выходепреобразователя 2 становится равнойТлр ч ЛТлр.Относительное изменение импульса буЬТдет - . Это изменение вызывает отноТпрсительное изменение длительностиимпульсов, поступающих в нагрузку, которое выразится, какТтп ТпрТаким образом, относительное изменение длительности импульсов на выходе пре 15. образователя 2 приводит кТпризменению ширины импульсов, подаваеЛТппмых в нагрузку, на величину К -- -. т,е. вК раз большую.Отсюда следует, что точность поддер.Фж.гель Л,Птенцова Моргентал Корректор оставиехред М едакто вк аменска аз 1870 Тираж 475 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская на 64/5 Производственно-издательский комбинат "Патент". г. Ужгород, ул.Гагарин рой элемент И связан.со входом усилителя мощности, причем входы формирователей импульсов по отрицательному и положительному фронтам соединены с выходом преобразователя напряжение-частота, а выходы соответственно - со входом "Запись" регистра и "Сброс" второго счетчика, счетный вход которого через третий элемент И связан с выходом генератора опорной частоты, связанным со вторым входом первого элемента И, третий вход которого через инвертор соединен с выходом переполнения первого счетчика и непосредственно со вторым входом третьего элемента И, третий вход которого подключен к выходу переполнения второго счетчика, четвертый вход первого элемента И является входом "Пуск" устройства, вход делителя частоты 5 подключен к выходу генератора опорной частоты, выход - к первому входу четвертого элемента И, второму входу триггера, входу "Запись" третьего счетчика и второму входу второго элемента И, второй вход четвертого 10 элемента И соединен с первым входомтретьего элемента И, третий вход - с инверсным выходом триггера и входом "Сброс" третьего счетчика, а выход - со входом прямого счета третьего счетчика.