Термостатирующее устройство

) 2827111/18-24 соединением заяв Гооударствеиный комит СССР, ;ЦНИЩУР,а,Авторызобретен Евстратов, В. Е. Прокофьев Т. Дей е ьковский ордена Ленина политехнический инсти им. В. И. Ленина(71) Заявите 54) ТЕРМОСТАТИРУЮЩЕЕ УСТРОИСТВО Изобретение относ матического регулиро кретно - к системам тами, предназначенны вания различных ра (в частности кварцев ний задержки) в усл пературы окружающе пределах, а также отн по быстродействию р ния, например объе ными параметрами ится к технике автования, а более конуправления термостами для термостатиродиотехнических узлов ых резонаторов, лиовиях изменения темй среды в широких осится к оптимальным егуляторам управлектам с распределен-.О е устроиства, нагреватель, е ризующиеся. аметром-вреежим), кото ия форсируюрующиятор, характ ым пар да в р налич ревателя формирова я его к источнику пи еличению максималь ощности, снижению ию габаритов, а так достаточно большуюв режиме перехода мщение быстрошение динамиИзвестны термостатиимеющие камеру, регулдатчик температуры,важным эксплуатационнменем готовности (выхорый достигается за счетщего нагревателя 1.Однако наличие нагния и реле подключенитания приводит к увной потребляемой мнадежности и увеличенже регуляторы имеютдинамическую ошибку от форсированного разогрева к стабилиза; ции рабочей температуры.Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является термостатирующее устройство, содержащее термочувствительный мост, подключенный к блоку управления, к выходу которого через последовательно соединенные ключевой элемент и усилитель мощности подключен нагреватель, а также содержащее подключенные к выходу ключевого элемента последовательно соединенные генератор линейно возрастающего напряжения и пороговый элемент, выход которого подключен к одному из плеч термочувствительного моста 2.Недостатком известного устройства является низкое быстродействие и узкий диапазон температур, в пределах которого устройство обеспечивает качество переходного процесса, а также то, что устройство работает только на подогрев, т. е. работает только в тех условиях, когда температура статирования выше температуры окружающей среды,Цель изобретения - повьдействия устройства и уменьческой ошибки в режиме перехода от форсированного разогрева к стабилизации рабочей температуры в Широком диапазоне изменения начальных значений температуры обьекта, внешней среды и заданной температуры статирования объекта.Цель достигается тем, что термостатирующее устройство. содержит подключенные к первому выходу олока управления последовательно соединенные блок памяти начальной температуры, дифференциальный усилитель, второй пороговый элемент, . смеситель видеоимпульсов и управляющий триггер, а также инвертирующий повторитель и коммутатор напряжений, первый и второй каналы которого соединены с выходами компаратора и блока управления, а выход коммутатора напряжений связан со входом основного усилителя мощности, причем второй вход дифференциального усилителя связан с выходом задатчика температуры, а выход - со входом компаратора и со вторым входом первого порогового элемента, выходом связанного со вторым входом смесителя видеоимпульсов, вход инвертирующего повторителя связан с выходом генератора монотонно возрастающего напряжения, а выход - . со вторым входом второго порогового элемента, выходы управляющего триггера подключены к управляющим входам коммутатора напряжений; на вторые входы блока памяти начальной температуры и управляющего триггера подается установочный сигнал (сброс).Кроме того, термостатирующее устройство дополнено последовательно соединенными форсажными усилителем мощности и исполнительным элементом, а коммутатор напряжений содержит независимый канал, вход которого связан с выходом компаратора, а-выход подключен ко входу форсажного усилителя мощности, причем управляющий вход дополнительного канала коммутатора напряжений связан с соответствующим выходом управляющего триггера.Причем, если известно, что начальная температура объекта всегда равна температуре внешней среды, а последняя изменяется незначительно за время выхода объекта в режим, то блок памяти выполняют в виде устройства для измерения темПературы внешней среды, которое не связано с блоком управления и на которое не подается установочный сигнал (сброс).На фиг. 1 изображена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - вариант термостатирующего устройства, дсполненного каналом форсированного разгона обьекта в режим,Термостатирующее устройство содержит термочувствительный мост 1, блок 2 управления, коммутатор 3 напряжений, основной усилитель 4 мощности, основной исполнительный элемент 5, блок 6 памяти начальной температуры обьекта, дифференциальный усилитель 7, компаратор 8, генератор 9 монотонно возрастающего напряжения инвертирующий повторитель 10, первый пороговый элемент 11, .второй пороговый элемент 12, смеситель 13 видеоимпульсов, управляющий триггер 4, клеммы 15, на которые подается установочный сигнал (сброс), клеммы 16 напряжения задания температуры статирсвания (задатчик температуры). Б устройстве в качестве генератора 9 монотонно возрастающего напряжения применяется обычный генератор линейно возрастающего напряжения в тех случаях, когда объект термостатирования линейный, а при нелинейном объекте применяется генератор монотонно возрастающего напряжения специальной формы. В устройстве в качестве блока 6 памяти начальной температуры в частном случае, когда начальная температура объекта равна температуре внешней средь 1, применяется обычный термочувствительный мост для измерения температуры внешней среды на границе с поверхностью термостата,Термостатирующее устройство (фиг. 2),дополненное независимым каналом форсированного разгона, содержит последовательно соединенные форсажные усилитель 17мощности и исполнительный элемент 18.В таком устройстве в качестве исполнительных элементов (основного 5 и форсажного 18) в зависимости от знака разности между температурой статирования и начальной температурой объекта применяются обычные нагреватели или охлаждающие устройства, а в случаекогда в процессе эксплуатации термостатирующего устройства знак этой разности может меняться произвольно, и, с целью улучшения показателей качества переходного процесса, применяются управляемые реверсивные термобатареиРассмотрим работу устройства на примере схемы, показанной на фиг. 2, в качестве исполнительных элементов возьмемуправляемые термобатареи.При включении питания на блок 6 памяти начальной температуры и на управляющий триггер 14 через входные зажимы 15 подается установочный сигнал (сброс), который устанавливает схему в исходное поло жение. После этого коммутатор напряжений 3 под действием управления с триггера 14 подключает выход компаратора 8 ко входам основного усилителя 4 мощности и форсажного усилителя 17, а выход блока управления 2 при этом отключается. Комо паратор 8 переводит основной 4 и форсажный 17 усилители мощности в режим насыщения, последние, в свою очередь, выводят соответствующие блоки реверсивных термобатарей 5 и 18 на полную мощность, определяя тем самым начало форсированного выхода объекта з режим. За короткое время по сравнению с временем переходного процесса в термостатирующем устройстве блок 6 памяти занимает начальное значе 842745ние температуры обьекта, и с выхода блока 6 памяти на вход дифференциального усилителя 7 неизменно. в течение переходного процесса поступает сигнал, пропорциональный начальной температуре объекта То . На выходе дифференциального усилителя 7 формируется сигнал, пропорциональный разности между заданной температурой статирования Т и начальной температурой объекта То , т. е. 6= Тд, - Тор. Знак этой разности определяет полярность сигнала на выходе компаратора 8 и в конеч О ном счете определяет режим работы термобатарей 5 и 18 - нагрев или охлаждение объекта термостатирования. В зависимости от полярности (знака) напряжения на выходе дифференциального усилителя 7 оно сравнивается на одном из пороговых элементов (схем сравнения) 11 или 12 с монотонно возрастающим напряжением той же полярности, которое поступает с блоком 9 или 10. Смеситель 13 видеоимпульсов выделяет момент срабатывания одного из 20 пороговых элементов 11 или 12 и перебрасывает управляюший сигнал 14 в другое состояние. Управляющий триггер 14, в свою очередь, производит переключение каналов коммутатора 3 напряжений. При этом сигнал с выхода компаратора 8 отключается от входов основного 4 и форсаж- ного 17 усилителей мощности, а сигнал с выхода блока 2 управления начинает поступать на вход основного усилителя 4 мощности. Таким образом, момент срабатыва- зо ния управляющего триггера 14 свидетельствует об окончании разгона объекта в режим и соответствует вполне определенному времени для данного температурного перепада Ь=Тс, - Тр . Начиная с этого мо)мента блок 2 управления отрабатывает З 5 ошибку рассогласования, компенсируя запасенную энергию объекту термостатирования. Температура объекта начинает выравниваться по всему объему и это происходит быстрее, когда в качестве. исполнительного элемента служит управляемая реверсивная термобатарея, так как в системе появляется возможность отбора лишнего тепла (холода) за счет изменения знака температуры нагревателя Тн. При достижении равенства температуры Т, =Тс= 1 о 3) процесс выхо да в режим термостата заканчивается.Последуюшее регулирование осуществляется исключительно блоком 2 управления в соответствии с заложенным в него законом регулирования (релейный, пропорциональный, пропорционально-интегральный и т.д.).Необходимость в блоке 6 памяти начальной температуры объекта вызвана тем, что в термостатирующей системе возможны случаи, когда в момент включениягермостата температура объекта Тоо бу 55 дет отличаться от температуры окружающей среды Т,р, т. е, То(о 8+ Тр. Настройка времени срабатывания Т,руправляющего триггера в функции температурного перепада Т, -- = К Тс - То,д осушествляется изменением коэффициента К пропорциональности с помощью изменения наклона пыли генератора линейно возрастающего напряжения.Построение схемы термостатируюшего устройства предлагаемым образом значительно сокращает время выхода устройства в режим в широком диапазоне изменения температуры внешней среды, температуры статирования независимо от знака разности Ь = Тв - Тособ и исключает перерегулирование. Предлагаемая схема термостатирующего устройства отличается от известных своей, универсальностью и более широкой областью применения, так как работает отдельно с любым из видов исполнительных элементов (нагревателем, охлаждаюшим устройствам, реверсивными термобатареями); работает как с каналом форсированного разгона, так и без него, сохраняя при этом высокие показатели качества переходного процесса; термостатирует также нелинейные объекты с высоким качеством переходного процесса.Формула изобретения1. Термостатирующее устройство, содержащее термочувствительный мост и задатчик температур, подключенные к блоку управления, компаратор, последовательно соединенные генератор монотонно возрастаюшего напряжения и первый пороговый элемент, последовательно соединенные основные усилитель мошности и исполнительный элемент, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия устройства и уменьшения динамической ошибки в режиме перехода от форсированного разогрева к стабилизации рабочей температуры в широком диапазоне изменения начальных значений температуры объекта, внешней среды и заданной температуры статирования объекта, оно содержит подключенные к первому выходу блока управления последовательно соединенные блок памяти начальной температуры, дифференциальный усилитель, второй пороговый элемент, смеситель видеоимпульсов и управляющий триггер, а также инвертирующий повторитель и коммутатор напряжений, первый и второй каналы которого соединены с выходами компаратора и блока управления, а выход коммутатора напряжений связан со входом основного усилителя мощности, причем второй вход дифференциального усилителя связан с выходом задатчика температуры, а выход - со входом компаратора и со вторым входом первого порогового элемента, выходом связанного со вторым входом смесителя видеоимпульсов, вход инвертирующего повторителя связан с выходом генератора монотонно возрастаюшего напряжения, а842740 Г. Евсткас С Те Ти товКорректор В. БутягаПодписноеСССРтийб д. 4/5Проектная, 4 ставитель ред А. Бо аж 940 твенного ретений 35, Рау г. Ужго Редактор Н. КешеляЗаказ 5098/57ВНИИПпо113035,филиал ПП И Государделам изоосква, Ж -Патент омитетоткрыкая ндф ул выход - со вторым входом второго порогового элемента, выходы управляющего триггера подключены к управляющим входам коммутатора напряжений; на вторые входы блока памяти начальной температуры и управляющего триггера подается установочный сигнал (сброс).2, Термостатирующее устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно содержит последовательно соединенные форса жные усилитель мощности и исполнительный элемент, а коммутатор напряжений содержит дополнительный независимый канал, вход которого связан с выходом компаратора, а выход подключен ко входу форсажного усилителя мощности, причем управляющий вход дополнительного канала коммутатора напряжений связан с соответствующим выходом управляющего триггера. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство СССР358691, кл. б 05 Р 23/19, 1970.2. Авторское свидетельство СССР549792, кл, б 05 0 23/24, 1977 (прототип) .