Термоэлектрическая система регулирования температуры

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 1667031 А 1 5 0 23/ 5) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ВТОРСКОМУ С ТЕЛЬСТВ ающие приСС 984 СТЕМА ТУРЫ использовано ния темпераеи. Цель изотродействия ературы. Сисрования темегулированияпература объ(21) 4665015/24(57) Изобретение может бытьдля программного регулироватуры с помощью термобатарбретения - повышение быссистемы регулирования темптема содержит контур регулипературы объекта и контур ртока термобатареи, Когда тем Изобретение относится к системам автоматического управления, термоэлектрическому приборостроению, может быть применено для программного регулирования температуры.Цель изобретения - повышение быстродействия системы регулирования температуры объекта.На фиг. 1 представлена схема термоэлектрической системы регулирования температуры; на фиг. 2 - конструкция однокаскадной термоэлектрической батареи,Термоэлектрическая система регулирования температуры содержит последовательно соединенные датчик температуры 1, находящийся в тепловом контакте с.объекекта приближается к заданной, ток термобатареи определяется контуром регулирования температуры. Во время переходйого процесса нагрева объекта ток через термобатарею задается эадатчиком тока на постоянном уровне, определяемом допустимой мощностью рассеивания в термобатарее. Во время переходного процесса охлаждения ток через термобатарею изменяется в зависимости от изменения сигналов датчиков температуры, находящихся в тепловом контакте с соответствующими гранями термобатареи, Это позволяет продуцировать на рабочей грани термобатареи, находящейся в тепловом контакте с объектом, в каждый момент времени переходного процесса максимально возможную холодопроиэводителъность, что сокращает время охлаждения и приводит к повышению производительности системы, 2 ил. том 2, температура которого регулируется и вычислительное устройство 3,Первый выход вычислительного устройства 3 подключен к управляющим входам первого 4 и второго 5 переключателей, а второй выход - к одному из. входов устройства сравнения 6. Система содержит третий переключатель 7, первый вход которого соединен со вторым выходом вычитающего элемента 8 и другим входом устройства сравнения 6, управляющий вход - с выходом устройства сравнения 6, а выход - со входом усилителя мощности 9. Первый выход усилителя мощности 9 подключен к первому входу первого. 4 и второму входу второго 5 переключателей, а второй выход кшине нулевого потенциала и первому выводу датчика тока, выполненного в виде резистора 10. второй вывод резистора 10соединен со вторым входом первого 4 ипервым входом второго 5 переключателей и 5с одним из входов вычитающего элемента8. Система содержит также однокаскаднуютермобатарею 11, рабочая грань которойнаходится в тепловом контакте с объектом2, первый и второй выводы термобатареи 11 10подключены к выходам соответственно пер, вого 4 и второго 5 переключателей. Кромеэтого система содержит четвертый пере ключатель 12, первый вход которого соединен с выходом задатчика тока 13, второй 15вход - с выходом регулируемого задатчикатока 14, управляющий вход - с первым вы, ходом вычислительного устройства 3, а вы ход - с другим входом вычитающегоэлемента 8, 20Вход регулируемого задатчика тока 14, подключен к выводам датчика температу ры, в качестве которого использован термо резистор 15, находящийся в тепловом, контакте с рабочей гранью термобатареи 25, 11.Регулируемый эадатчик тока 14 выполнен на операционном усилителе 16, неинвертирующий вход которого подключен кклемме с потенциалом Е, инвертирующий 30вход через резистор 17 - к шине нулевогопотенциала и является входом задатчика тока 14, а выход усилителя 16 является выходом и входом задатчика тока 14.Регулируемый задатчик тока реализует 35следующее функциональное преобразованиеМул =( Р )ВОТ,а, сопротивление термобатареи;Йо - значение сопротивления датчикатока;Т - величина температуры датчика рабочей грани термобатареи. 45При этом в системе использована однокаскадная термобатарея 11, нерабочаягрань которой находится в тепловом контакте с теплообменником 18, обладающим бесконечно большой теплоемкостью (фиг. 2), 50Работает система следующим образом,Изменение температуры объекта 2 регулирования преобразуется датчиком температуры 1 в электрический сигнал,поступающий на вход вычислительного устройства 3. Вычислительное устройство 3производит обработку поступившей информации и формирует на своих выходах управ.ляющие сигналы, соответствующиеопределенному закону регулирования. Причем сигнал на первом его выходе, коммутируя первый 4 и второй 5 переключатели, управляетнаправлением тока через термобатарею 11 таким образом, чтобы температура объекта 2 стремилась к заданному значению, Сигнал на втором выходе вычислительного устройства 3 управляет величиной тока через термобатарею 11 в зависимости от температурных параметров регулируемого процесса, При значительном рассогласовании регулируемой и заданной температуры этот управляющий сигнал достигает большой величины. Когда его величина превышает значение сигнала на выходе вычитающего элемента 8, на выходе устройства сравнения 6 формируется сигнал, отключающий от входа усилителя мощности 9 выходной сигнал вычислительного устройства 3 и подключающий к нему выход вычитающего элемента 8.При этом в регуляторе обрывается отрицательная обратная связь по температуре и устанавливается отрицательная обратная связь по току термобатареи 11.Когда на первом выходе вычислительного устройства 3 присутствует сигнал, коммутирующий ток в термобатарее таким образом, что она работает в режиме нагрева, этот сигнал, поступая на управляющий вход четвертого переключателя 12, подключает к другому входу вычитающего элемента 8 выход задатчика тока 13. За счет отрицательной обратной связи со второго вывода резистора 10 на один из входов вычитающего элемента 8 величина тока через термобатарею 11 автоматически устанавливается на уровне, заданном задатчиком тока 13. Для повышения быстродействия эта величина устанавливается максимально возможной с учетом ограничения по максимально допустимойтемпературе рабочей грани термобатареи.При отключении тока термобатареи от заданного, например при изменениях напряжения питания усилителя мощности 9 или термо-ЭДС на выводах термобатареи 11, изменится и напряжение на резисторе 10. Это приведет к такому изменению сигнала на выходе вычитающего элемента 8, при котором выходной ток усилителя мощности 9 примет первоначальное значение, определяемое величиной сигнала на другом входе вычитающего элемента 8,При формировании вычислительным устройством 3 на его первом выходе сигнала охлаждения последний переключает переключатель 12 таким образом, что к другому входу вычислительного элемента 8 подключается выход регулируемого эадатчика тока 14. За счет отрицательной обратной связипо току система начинает работать в режиме слежения тока термобатареи 11 в соответствии с изменением сигнала на выходе регулируемого эадатчика тока 14.Ток, протекающий в термобатарее, ох лаждает ее рабочую грань. Изменение ее температуры преобразуется термореэистором 15 в сопротивление по закону йт- йо+1 9(1) 10 Од =Ео(1+ - ),йТ 20й 1 тгде Е 0 - напряжение на неинвертирующем входе усилителя 16;й 17 - сопротивление резистора й 17, или с учетом (1) 25Е (1+ й,+аО)й 1 тВеличина токатермобатареи, определяемая иэ уравнения следящей системы 30 Опй 10 где й 10 - напряжение на образцовом резисторе 10,составитЕо а /й 17+й 0 35й 1 о й 17аПри й 17 аТо-йо и Еой 1 О й 17а,йТБгде йтБ - сопротивление термобатареи;а - коэффициент термоЭДС материала термобатареи;То - нулевая температура, в С переведенная в К.-йТБ45 где Т 1-То+ О- температура рабочей грани термобатареи, К.При окончании переходного процесса установления температуры когда ее значе ние приближается к заданному, величина управляющего сигнала на втором выходе вычислительного устройства 3 начинает уменьшаться в соответствии с выбранным законом регулирования, В момент когда ве личина сигнала на втором выходе вычислительного устройства 3 станет меньше величины сигнала на выходе вычитающего элемента 8, на выходе устройства сравнения 6 сформируется сигнал, отключающий где й 0 - сопротивление терморезистора при нулевой температуре, С;9- температура рабочей грани термобатареи 11, С; 15а - постоянный коэффициент.При этом выходное напряжение операционного усилителя 16 определяется выра- жением от входа усилителя мощности 9 выход вычитающего элемента 8 и подключающий к нему второй выход вычислительного устройства 3, т.е. обрывается отрицательная обратная связь по току и устанавливается отрицательная обратная связь по температурным параметрам объекта 2 регулирования. Величина тока регулируется управляющим сигналом со второго выхода вычислительного устройства 3, зависящим от параметров процесса изменения температуры объекта 2. Это позволяет реализовать в вычислительном устройстве 3 различные алгоритмы регулирования температуры.Отключение отрицательной обратной связи по току после выхода температуры на режим предотвращает возможность возникновения автоколебаний в системе. Формула изобретения Термоэлектрическая система регулирования температуры, содержащая последовательно соединенные датчик температуры объекта и вычислительное устройство, первый выход которого соединен с управляющими входами первого и второго переключателей, третий переключатель, первый информационный вход которого подключен к одному из входов устройства сравнения и второму выходу вычислительного устройства, второй информационный вход - к выходу вычитающего элемента и другому входу устройства сравнения, а управляющий вход - к выходу устройства сравнения, усилитель мощности, вход которого соединен с выходом третьего переключателя, первый выход - с первым информационным входом первого и вторым информационным входом второго переключателей, датчик тока, первый вывод которого подключен к второму выходу усилителя мощности и шине нулевого потенциала, а второй вывод - к первому входу вычитающего элемента, к второму информационному входу первого и первому информационному входу второго переключателя, однокаскадную термоэлектрическую батарею, рабочая грань которой находится в тепловом контакте с объектом регулирования температуры, а нерабочая - с теплообменником, причем первый и второй выводы термобатареи соединены с выходами соответственно первого и второго переключателей, и задатчик тока, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения быстродействия системы, в нее введен датчик температуры, находящийся в тепловом контакте с рабочей гранью термобатареи. выводы которого соединены с управляющим входом регулируемого1667031 задатчика тока, и четвертый переключатель, первый информационный вход которого соединен с выходом задатчика тока, управляющий вход - с первым выходом вычислителвного устройства, выход - с другим входом вычитающего элемента, а второй информационный вход - с выходом регулируемого задатчика тока.Ц К ЖМЫХОВУ 8 щаРОГО МДММО.Чй/73 РАЯ Составитель Л. Пте едактор Н, Химчук Техред М.Моргентаа Корректор О.Кравцо Тираж 466 Подписное твенного комитета по изобретениям и открытиям 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 каз 2523 ВНИИПИ Госуд ГКНТ ССС оизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 10 л Ь 1 ХОд ого лед ЧЯ/37 ЫЯ а декаду ЬМЦСжЛ 7 Еноао дсоюодсшда КО дХОдаю уСтРООСВда преабразабанця