Устройство для регулирования температуры

(Я)5 0 05 О 23/19 ТЕНИЯ ехнолодством риомешевои и Н.И,Потике и ирова тью ее до тем м ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ И ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Специальное конструкторско-тгическое бюро с опытным произвоИнститута проблем криобиологии и кдицины АН УССР(56) Авторское свидетельство СССРМ 1091138, кл, С 05 О 23/19, 1982.Авторское свидетельство СССРМ 1072015, кл. 0 05 О 23/19, 1982,(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНТЕМПЕРАТУРЫ(57) Изобретение относится к автомаможет быть использовано для регулния температуры с заданной скоросизменения от начального значения Изобретение относится к автоматике и может быть использовано для регулирования температуры различных объектов.Целью изобретения является повышение точности.На фиг.1 представлена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - диаграммы его работы; на фиг.3 - принципиальная схема задатчика режима изменения температуры.Устройство для регулирования температуры содержит датчик 1 температуры, включающий термочувствительный элемент 2, установленный на объекте регулирования, и стабилизатор 3 тока, дифференцирующий элемент 4, первый компаратор 5, первый элемент 6 сравнения, задатчик 7 температуры, задатчик 8 режима изменения темперае.БЛао 1681300 А 1 пературы термостатирования. С,целью по, вышения точности устройство содержит подключенный к датчику температуры через дифференцирующий элемент первый элемент сравнения, а также два компаратора, сравнивающие соответственно сигнал датчика с сигналом задатчика температуры и сигналом датчика изменения температуры, управляющий вход которого соединен с выходом. первого компаратора, а вход - с выходом второго компаратора, два элемента сравнения, выходные сигналы которых суммируются и управляют через широтно-им-пульсный модулятор исполнительным элементом, сравнивают соответственно сигналы датчика температуры и задатчика режима изменения температуры и сигналы дифференцирующего элемента с сигналом задатчика изменения скорости температуры, управляемого первым компаратором. 2 з.п. ф-лы, 3 ил. туры, сумматор 9, второй элемент 10 сравнения, задатчик 11 скорости изменения температуры, широтно-импульсный модулятор 12, исполнительный элемент 13, воздействующий на объект регулирования, второй компаратор 14 и ключевой элемент 15.Задатчик 8 режима изменения температуры содержит суммирующий интегратор 16, источник 17 опорного и ключ 18.В состав интегратора входят резисторы 19 и 20, конденсатор 21 и операционный усилитель 22.Широтно-импульсный модулятор реализован, например, на компараторе и генераторе пилообразного напряжения.Устройство работает следующим обра 1681300Через термочувствительный элемент 2,например термометр сопротивления, протекает от источника 3 тока постоянный стабилизированный ток Ь, вызывая на немпадение напряжения, пропорциональноетекущему значению температуры в объектеуправления:Ц 1 ст г 1где г 1 = т(Т) - сопротивление термочувствительного элемента, пропорциональное текущему значению температуры.До момента включения устройства в режим регулирования сигнал Тте с выходастабилизатора 3 тока, равный падению напряжения на термочувствительном элементе 2, поступает на один вход второгокомпаратора 14, на другой вход которогоподается задающий сигнал Таад с выходазадатчика 8 режима изменения температуры. Эти два сигнала сравниваются, и при ихнеравенстве сигнал с выхода второго компаратора 14 через открытый ключевой элемент 15 подается на вход задатчика 8, гдеинтегрируется с постоянной времени г =ВюС 21 и суммируется с проинтегрированным с постоянной времени г 4 = 82 оС 21 напряжением Ооп 1 источника 17 опорногонапряжения. На выходе задатчика режимаизменения температуры устанавливается. сигнал Таад = Ттек, т.е, задатчик 8 в этомслучае обеспечивает режим установки первоначальной температуры,При последующею изменении сигналаТте процесс отслеживания повторяется. Вмомент времени т = то на ключевой элемент15 поступает команда начала процесса регулирования, При этом ключевой элемент 15отключает сигнал с выхода вторго компаратора 14 от первого входа задатчика 8 и последний осуществляет формированиелинейно-изменяющегося сигнала, пропорционального заданной скорости изменениятемпературы, от уровня сигнала, равногоТте в момент то(фиг,2,6), интегрируя напряжение источника 17,В момент времени то скорости изменения температуры Тте = 0 (фиг.2,г) текущеезначение температуры Тте меньше заданного значения температуры стабилизацииТст (фиг.2,а), задающий сигнал Таад (фиг,2,6)на выходе задатчика 8 изменения температуры равен Тте, при этом сигнал д 1 навыходе первого элемента 6 сравнения максимален (фиг.2,е), а сигнал д 2 на выходевторого элемента 10 сравнения равен нулю,Эти сигналы суммируются на сумматоре 9(фиг,2,ж), выходной сигнал которого поступает на вход широтно-импульсного модулятора 12, где сравнивается с пилообразным10 напряжением, На, выходе модулятора 12 формируются импульсы (фиг.2,з), длительность которых пропорциональна суммарному сигналу рассогласования по температуре и скорости изменения температуры д . Эти импульсы поступают на управляющий вход исполнительного элемента 13, который осуществляет разогрев объекта управления, причем мощность разогрева прямо пропорциональна сигналу рассогласования,По мере приближения Ттек к Таад сигнал д 1 уменьшается, а сигнал д 2 увеличивается до тех пор, пока д не установится таким,при котором дшим обеспечивает заданную15 скорость нагрева,При достижении в момент времени 11рь энства Тте = Тет на выходе компаратора5 формируется нулевой сигнал, поступающий на управляющий вход задатчика 8 и20 отключающий через ключ 18 напряжениеисточника 17 от входа интегратора 16, устройство переходит в режим термостабилизации. Этот же нулевой сигналустанавливает на выходе эадатчика 11 ско 25 рости изменения температуры нулевой сигнал (т.е, Таад = О), В остальном работаустройства остается без изменений.В устройстве повышена точность регулирования. за счет пропорционально-им 30 пульсного регулирования как на этапестабилизации температуры, так и на этапестабилизации скорости изменения температуры. Дополнительно точность повышает 35 ся также за счет того, что черезтермочувствительн ый элемент протекаетстабильный ток, и при использовании линейных датчиков, например медных илиплатиновых термометров сопротивления,40 на выходе дифференцирующего элементаформируется сигнал, линейно зависящий отскорости изменения температуры.Кроме того, улучшаются динамическиехарактеристики системы, В режиме стаби 45 лизации скорости изменения температурысигнал д 2 представляет собой аналог интегральной составляющей сигнала рассогласования и предлагаемое устройство по своимхарактеристикам приближается к ПИ-регу 50 лятору, В режиме стабилизации температуры сигнал д 1 является аналогом Дсоставляющей и регулятор работает в режиме ПД-регулирования, Как И, так и Д составляющие определяются динамическими55 параметрами объекта управления, поэтомуустройство обладает оптимальными адаптивными свойствами.Если в качестве исполнительного элемента 13 использовать сосуд Дьюара с жидким азотом, нагревателем испарителя, 1681300заборной трубкой и электромагнитным позиционным клапаном, а также соответственно изменить знак изменения задающего сигнала Тззд и знак Тзад, то в результате устройство функционирует как программный охладитель. В этом качестве оно и реализовано для программного замораживания биологических материалов от комнатных до криогенных температур.Формула изобретения 1. Устройство для регулирования температуры, содержащее последовательно соединенные датчик температуры и дифференцирующий элемент, задатчик температуры, последовательно соединенные широтно-импульсный модулятор и исполнительный элемент, а также задатчик скорости изменения температуры и первый элемент сравнения, входы которого соединены с выходами дифференцирующего элемента и задатчика скорости изменения температуры, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, устройство содержит задатчик режима изменения температуры, второй элемент сравнения, первый и.второй компараторы, сумматор и ключевой элемент, прчем выход датчика температуры подключен к первым входам компараторов и второго элемента сравнения, второй вход которого соединен с вторым. входом второго компаратора и выходом зэдатчика режима изменения температуры, управляющий вход которого связан с выходом первого компаратора и управляющим входом задатчика скорости изменения температуры, вы ход второго компаратора через ключевойэлемент соединен с входом задатчика режима изменения температуры, а к второму входу первого компаратора подключен выход задатчика температуры, входы сумматора 10 соединены с соответствующими выходамипервого и второго элементов сравнения, а выход сумматора подключен к входу широт- .но-импульсного модулятора,2, Устройство по п.1, отл ича ющее с я тем, что задатчик режима изменениятемпературы содержит суммирующий интегратор, источник опорного напряжения и ключ, причем один из входов суммирующего интегратора через ключ соединенс выходом 20 источника напряжения, а второй вход суммирующего интегратора соединен с входом задатчика, выходом которого является выход компаратора, а управляющий вход ключа соединен с управляющим входом 25 задатчика режима изменения температуры.3. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что датчик температуры выполнен в виде последовательно соединенных термочувствительного элемента и стабилизато ра тока, выход которого соединен с выходомдатчика температуры.1681300тЛтея 1 уигГ Составитель Г. Крейманедактор А, Лежнина Техред М,Моргентал Кор Тираж 441 Подписноевенного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раун.ская наб., 4/5 оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 аказ 3312 ВНИИПИ Госуд 7