Устройство для регулирования температуры

(23) ПриоритетОпубликовано 15.11.76. Бюллетень42Дата опубликования описания 06.09.77 51) а 605 Р Государственный комитет Вета Мииистрае СС 5 З) УДК 621-555.6(71) Заявите 54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУР Изобретение оки и может быт Р- мостатирования.Известен программный регулятор темпера- гуры, содержащий задающий блок и блоки измерения и регулирования 1, который позволяет управлять температурой в объекте регулирования по заданной программе, однако он обладает сравнительно невысоким быстродействием вследствие того, что при разогреве не используется форсирующая мощность.Этот недостаток устранен в регуляторе температуры, содержащем чувствительный элемент, магнитный усилитель, распределитель и источник форсирующего напряжения 2.Указанный регулятор температуры не позволяет получить достаточно высокую точность регулирования температуры в режиме стабилизации температуры, поскольку в нем регулирование производится в релейном режиме.Наиболее близким техническим решением является регулятор температуры, содержащий размещенные вне объекта один чувствительный элемент и в объекте регулирования нагреватель и второй чувствительный элемент, подключенный к последовательно соединенным предварительному усилителю, блоку сравнения, релейному элементу и усилителю мощности, выход которого подключен ко входам первого и второго ключей и входу распределителя, один выход которого соединен с другими входами первого и второго ключей, подключенных соответственно к нагревателю и блоку обратной связи, соединенному со вторым входом предварительного усилителя, другие выходы распределителя подключены ко входам блока форсировки мощности нагрева, соединенного с нагревателем и с первыми входами других ключей, вторые входы которых подклю чены к программному блоку, а выходы - ковтором входу блока сравнения З.Однако указанный регулятор температурыимеет погрешность, обусловленную изменением окружающей температуры. Это связано с тем, 15 что при ускоренном разогреве в законе управления не учитывается изменение окружающей температуры, а в установившемся режиме имеется статическая ошибка.Целью изобретения является повышение 20 точности регулирования.Указанная цель достигается тем, что в устройство для регулирования температуры введены дополнительные усилитель, ключи и нелинейные элементы, причем вход дополнптель ного усилителя подключен к первому чувствительному элементу, а выход через последовательно соединенные и параллельно включенные нелинейные элементы и дополнительные ключи, управляющие входы которых подклю чены к выходам распределителя, и через ключ,5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 б 0 7 бр = Увх - Упр. б 5 3соединенный с первым выходом распределителя, подключен к третьему входу блока сравнения.На чертеже показано предлагаемое устройство.Устройство содержит чувствительный элемент 1, напряжение на выходе которого пропорционально разности между рабочей температурой и текущей температурой объекта 2 регулирования, предварительный усилитель 3, блок 4 сравнения, релейный элемент 5, усилитель 6 мощности, распределитель 7, блок 8 форсировки мощности нагрева, программный блок 9, ключи 10 - 18, нелинейные элементы 19, например делители напряжения на резисторах и диодах, согласующие элементы 20, представляющие собой, например, активные делители напряжения, дополнительный усилитель 21, чувствительный элемент 22, напряжение на выходе которого пропорционально температуре окружающей среды, нагреватель 23., блок 24 обратной связи.Устройство для регулирования температуры работает следующим образом.При включении питания с чувствительного элемента 1 сигнал, соответствующий разности между рабочей температурой и температурой объекта регулирования, подается на вход предварительного усилителя 3, что приводит к срабатыванию релейного элемента 5 и усилителя 6 мощности, При этом на вход распределителя 7 подается сигнал с выхода усилителя 6 мощности. Распределитель 7 срабатывает и подключает к нагревателю 23 от блока 8 форсировки мощности нагрева мощности, которая существенно больше мощности, необходимой для стабилизации рабочей температуры. Объект 2 начинает ускоренно разогреваться. По мере разогрева объекта 2 мощность, подаваемая от блока 8 форсировки мощности нагрева на нагреватель 23, дискретно уменьшается по закону, обеспечивающему минимальное время разогрева объекта 2 до рабочей температуры при определенной температуре окружающей среды.Изменение мощности по заданному закону осуществляется путем сравнения входного сигнала Ув пропорционального разности между рабочей температурой Ор и текущей температурой О, объекта регулирования и сигнала программы Упр, подаваемого из блока программы 9 и имеющего ряд дискретных значеннии УпрСпрУпр, соответствующих значениям мощности Р Р 2, , Р.Сравнение указанных сигналов производится в блоке 4 сравнения. При этом на вход релейного элемента 5 подается сигнал При определенном значении сигнала,1 брСотпрелейный элемент отпускает. КОГДа СИГНаЛ Убр ДОСтИГаЕт ЗНаЧЕНИЯбрУср релейный элемент срабатывает.При первом включении регулятора сигнал на входе релейного элемента больше сигнала срабатывания собр) Бор. Релейный элемент срабатывает. При этом, как указывалось выше, к нагревателю 23 подключается форсирующая мощность Рь а на блок 4 сравнения подается сигнал программы У,р,.На вход релейного элемента подается сиг. нал Убр = Увх - Упр,Сигнал Увх изменяется пропорционально изменению температуры объекта регулирования. При достижении входным сигналом значения Свх = - Увхсигнал Ьбр СТаНОВИТСЯ раВНЫМ Уотп. Релейный элемент отпускает, что приводит к переключению программного блока 9. При этом от нагревателя 23 отключается мощность Р, и подключается мощность Р 2(РИ отключается сигнал Упр, и подается сигнал Упр,. При этом сигнал становится больше с 1 ор и релейный элемент срабатывает, что приводит к срабатыванию усилителя мощности и подготовке распределителя к новому переключению. Дальнейший разогрев объекта приводит к измене- НИЮ СИГнаЛа Увх Когда СИГНаЛ Ьвх ДОСТИГаЕТ ЗНаЧЕНИЯ Увх = Увх СИГНаЛ Убр СТаНОВИТСЯ равным Сбр = Свх., - Упр, = 7 отп релейный элемент отпускает.Указанные переключения производятся,до выхода объекта регулирования на рабочий тепловой режим. При достижении объектом регулирования рабочей температуры нагреватель 23 отключается от блока 8 форсировки мощности нагрева и через ключ 16 подключается к выходу усилителя 6 мощности, через: ключ 17 подключается блок обратной связи и регулятор переводится на работу в режиме широтно-импульсной модуляции. При этом осуществляется пропорциональное регулирование рабочей температуры Ор.При изменении температуры окружающей среды в программу регулятора необходимо вносить поправку, обеспечивающуо минимальное время разогрева объекта при любой заданной окружающей температуре, Указанная поправка ЛУ ЛУ 2, , ЬИОпределяется для. каждого значения сигнала программы Упр Упр , с 1 врв при помОщи чувствительного элемента 22 и подается через дополнительный усилитель 21, согласующие элементы 20, нелинейные элементы 19, ключи 13, 14, 15 в блок сравнения. В этом случае сигнал, подаваемый на вход релейного элемента, определяется из соотношения 7 бр = Увх - пр ЛКДля уменьшения статической ошибки регулятора в режиме стабилизации рабочей темпе35 40 ратуры при изменении окружаюшей темпера. туры на блок 4 сравнения подается сигнал Ь 1/сдвигающий рабочую точку регулятора так, чтобы при любом заданном значении окружающей температуры разница между рабочей тс.дпературой Ор и регулируемой температурой Ор., была близка к нулю,Сигнал Л Ь,; подается на блок сравнения с чувствительного элемента 22 через дополнительный усилитель 21, согласующий элемент 20 и ключ 18.Так как зависимость закона изменений форсирующей мощности от изменений окружающей температуры нелинейна, то поправка подается в блок сравнения через нелинейные элементы.Статическая ошибка изменяется пропорционально изменению окружающей температуры, поэтому сигнал Л СУтакже изменяется пропорционально окружающей температуре.Предлагаемое устройство позволяет обеспечить необходумую точность поддержания рабочей температуры и высокую скорость разогрева объекта в широком диапазоне изменения температуры окружающей среды.Указанное устройство предназначается для обеспечения рабочего теплового режима объектов, работающих в широком диапазоне окружающей температуры и требующих малого времени выхода на рабочий режим и высокой точности стабилизации рабочей температуры. Предлагаемое устройство позволяет уменьшить разброс времени выхода на рабочий тепловой режим до 5 - 10 Ъ, а максимальное значение статической ошибки при этом не превышает 0,05 С. Формула изобретения Устройство для регулирования температуры,содержащее располокенные вне объекта один 5 10 15 20 25 30 чувствительный элемент и в объекте нагреватель и второй чувствительный элемент, подключенный к последовательно соединенным предварительному усилителю, блоку сравнения, релейному элементу и усилителю мощности, выход которого подключен ко входам первого и второго ключей и входу распределителя, один выход которого соединен с другими входами первого и второго ключей, подключенных соответственно к нагревателю и блоку обратной связи, соединенному со вторым входом предварительного усилителя, другие выходы распределителя подключены ко входам блока форсировки мощности нагрева, соединенного с нагревателем и с первыми входами других ключей, вторые входы которых подключены к программному блоку, а выходы - ко второму входу блока сравнения, о тл и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности регулирования, в него введены дополнигельные усилитель и ключи, и нелинейные элементы, причем вход дополнительного усилителя подключен к первому чувствительному элементу, а выход через последовательно соединенные и параллельно включенные нелинецные элементы и дополнительные ключи, управляющие входы которых подключены к выходам распределителя, и через ключ, соединенный с первым выходом распределителя, подключен к третьему входу блока сравнения. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство СССР Мо 167380,кл. 6 05 Р 23/24, 1960, 2, Авторское свидетельство СССР М 273548,кл. 6 05 Р 23/24, 1968. 3. Авторское свидетельство СССР %374582,кл, 6 05 Р 23/19, 1970.Заказ 1992(2 Изд, Мо 740 Тираж 1029 НПО Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб д, 4/5 Типография, пр. Сапунова, 2 Подписное