Способ программного регулирования температуры и устройство для его осуществления

2. Устройство для программного регулирования температуры по п. 1, содержащее датчик температуры объекта, задатчик опорного сигнала, подключенный к первому входу блока сравнения, последовательно соединенного с регулирующим органом, .о т л и ч а ю щ е е - с я тем, что, с целью повышения точности и надежности устройства, оно содержит находящийся в тепловом контакте с объектом контей 1168912нер с эталонным веществом, коэфФициент температуропроводностикоторого зависит от температуры, идатчик температуры эталонного вещества, при этом датчики температуры объекта и эталонного вещества включены по дифференциальнойсхеме и подключены к второму входу блока сравнения, а задат -чик опорного сигнала выполнен ввиде источника постоянного сигнала..1Изобретение относится к системам программного регулирования тем"пературы сред или тел и можетбыть использовано в химической, металлургической, пищевой и другихотраслях промышленности, а такжепри изучении Физико-химических идругих свойств. веществ.Цель изобретения - повышение. точности и надежности программного регулирования температуры.На фиг. 1 изображена функциональная схема системы программногорегулирования температуры; на Фиг.2 схема устройства для программногорегулирования температуры,Система содержит блок 1 сравнения, задатчик 2 опорного сигнала,измерительный блок 3, усилительно-преобразовательцый блок 4, регулирующий орган 5, автоматическийрегулятор 6 температуры, объект 7регулирования, эталонное тело 8. Кпервому входу блока 1 сравнения подключен задатчик 2 опорного сигналаа к второму входу - измерительныйблок 3, реализующий дифференциальную схему включения датчиков температуры объекта 7 регулирования иэталонного тела 8, Выход блокасравнения последовательно подключен к входу усилительно-преобразовательнога блока 4 и ругулирующему органу 5 автоматического регулятора 6, Формирующего управляющеевоздействие на объект 7 регулиро"вания. Эталонное тело 8 находитсяв тепловом контакте с объектом регулирования, а чувствительные элементы измерительного блока 3 - собъектом 7 регулирования и эталонньцч телом 8 соответственно. В зависимости от конкретных условий реализации предлагаемого способаФункции отдельных элементоВ могутбыть совмещены в одном блоке. Вслучае использования регуляторапрямого действия усилительно-пре"образовательный блок может отсутствовать,Устройство для программного регу. лирования температуры содержит электронагреватель 9, слой 10 теплоизоляции, отверстия 11 - 13 медного блока, контейнер 14, эталонноевещество (тело) 15, датчики 16 и 17 20 температуры эталонного вещества иобъекта регулирования соответственно, мост 18 переменного тока, переменный резистор 19, контрольныйприбор 20, датчик 21 действитель ной температуры объекта, самопишущий потенциометр 22. Объект 7регулирования выполнен в .виде массивного медного блока, снабженного электронагревателем 9 и изоли 3 р рованного от внешней среды слоем 10теплоизоляции. В отверстии 11 медного блока размещено эталонноетело 8, выполненное в виде контейнера 14, заполненного эталонным веществом 15, в которое погружен датчик 16 температуры, Другой датчик 17помещен в отверстии 12 медного блокаи находится в непосредственном теп-:ловом контакте с блоком.т3 1В качестве датчиков 16 и 17 использованы термореэисторы, включенные по дифференциальной схеме вплечи моста 18 переменного тока,совмещенного в себе функции блока 1сравнения и задатчика 2 скоростинагрева. Задающим элементом мостовой схемы служит переменный резистор 19, а контрольным прибором -вольтметр 20 переменного тока, Кизмерительной диагонали моста 18подключен вход усилительно-преобразовательного блока 4, выполненногона базе стандартного усилителя ф применяемого в схемах автоматического регулирования температуры малогабаритных термостатов. Нагреватель 9 подключен к выходу усилителя 4 и выполняет функцию регулирующего органа 5, В отверстии 13 медного блока могут помещаться различные объекты, подвергающиеся прог.раммированному тепловому воздействию, и датчики температуры. В режиме испытаний устройства в отверстии 13 помещался датчик 21 температуры (горячий спаймедь-константановой термопары), соединенный с самопишущим потенциометром 22 типаКСПдля контроля действительногоизменения температуры объекта регулирования во времени.Способ осуществляется следующимобразом,С помощью эадатчика 2 опорного сигнала устанавливают требуемое значение начальной скорости измене" ния температуры объекта 7 регулирования. Соответствующий постоянный опорный сигнал Е подают на первый вход блока 1 сравнения, где из него вычитают сигнал обратной связи Ет, поступающий от измерительного блока 3. Разность сигналов д Е = Е- Ет подают на вход автоматического регулятора 6, где ее усиливают и преобразуют в управляющее воздействие на объект 7 по выбранному закону регулирования Р = Г(ЛЕ). В результате воздействия (нагрева или охлаждения) изменяется температура объекта 7 регулирования и возникает разность температур аТ = Т - ТЭ между объектом и эталонным телом 8, определяемая теплофизическими и геометрическими параметрами эталонного тела и границы раздела между168912 4объектом и эталонным телом, а также скорости изменения температуры х 2 х д"ст с Тдт = К ( + )(1) ф аэ аст д х с 1 Тат .= К --а с(СВозникшую таким образом разность температур дТ ппеобразуют измерительным блоком 3 в сигнал отрицательной обратной связи(3) где К - коэффициент передачи измерительного устройства.Сигнал Ет подают на вход блока 1 сравнения по принципу противовключения с опорным сигналом Е задатчика 2, так что выходной сигнал блока сравнения равен их разности 35 40(4) дЕ = Е - Ет Управляющее воздействие на объект 7определяется величиной рассогласо вания йЕ и характеристикой регулятора 6, Для пропорционального регулятора выходная мощность Р =КфЛЕ(5) 50 где К - коэффициент передачи регуРлятора 6,В момент инициирования системыЕт = О, дЕ = Е , и управляющее "воз действие Р осуцествляется с максимьпьной интенсивностью. Подача сигнала отрицательной обратной связи Етчастично компенсирует опорный сиг 5где К 4 - коэффициент Формы;х - характерный размер эталонного тела;а - коэффициент температуропоо водности эталонного вещества;д - толщина границы раздела(стенки);а - коэффициент температуропроводности материала стенки;Ыт/с 1 - скорость изменения температуры объекта регулирования.Материал стенки и эталонное вещество подбирают таким образом, чтобы выполнялось условие а сс а . Приэ стэтом вторым слагаемым в 1 ражения (1)можно пренебречь1 О1520 зависящее от его теплоемкости С величины опорного сигнала задатчика Е , а также теплофизических свойств оэталонного вещества 3 эМ1 Э рзВыражение (6) характеризует закон программного регулирования температуры объекта в дифференциальной форме, функциональный вид которого определяется характером зависимости коэффициента температуропроводности эталонного вещества от температуры аэ(Т), а количественные параметры - величиной опорного сигнала Ер. В частности, при а = сопзС реализуется линейный закон изменения температуры объекта во времени со скоростью, величина которой определяется настройкой источника постоянного опорного сигнала Ес Т Кр-жо- сопят (7)С+ ККК. -о и е ф а9Подбирая эталонные вещества с различным характером зависимости а Т), можно реализовать различные законы программного регулирования температуры без существенного изменения системы. Использование постоянного значения опорного сигнанал Е 0, что приводит к уменьшению входного сигнала регулятора и, следовательно, интенсивности управляющего воздействия. В результате уменьшается скорость изменения темпеЫТратуры объекта -- и, соответстс 1 Гвенно, величина сигнала Е 1., Таким образом, система является самонастраивающейся, причем устойчивость ее определяется передаточной функцией обратной связи. В установившемся режиме управляющее воздействие обеспечивает подвод к объекту регулирования тепловой мощности, необходимой для изменения температуры объекта с заданной скоростью и компенсации тепловых потерь объекта в окружающую среду Оя . При этом устанавливается текущее значение скорости изменения температуры объекта сТ Е Кф(6)хто и р фа 25 30 35 40 45 50 ла Е , которое можно задавать иподдерживать с высокой точностью,позволяет достичь высокой степениточности программного регулирования.Точность воспроизведения программпри многократной или циклическойих реализации обеспечивается стабильностью теплофизических свойстввыбранного эталонного вещества врабочем диапазоне температур.Устроиство для осуществленияпредлагаемого способа работаетследующим образом.При помощи переменного резистора 1.9 и индикатора разбаланса устанавливают необходимое начальное значение разбаланса моста 18, соответствующее заданной начальной скорости нагрева, Напряжениеразбаланса подают на вход усилителя 4, где оно усиливается, вызываявключение исполнительного реле и питания электронагревателя 9. Начинается нагрев медного блока. что нарушает тепловое равновесие связанных с ним датчиков 16 и 17 температуры. Вследствие неодинакового изменения сопротивления этих датчиков изменяется разбаланс моста, причем знак начального разбаланса подобран так, чтобы при увеличении разности температур между медным блоком и эталонным веществом 15 в контейнере 14 величина разбаланса уменьшалась. При достижении разностью температур определенного значения величина разбаланса уменьшается до порога срабатывания первой ступени усилителя Ф, В результате выходная мощность на нагревателе 9 понижается, что приводит к уменьшению скорости нагрева медного блока. Если при этом сумма тепловых потерь и мощности, необходимой для нагрева объекта с заданной скоростью, превысит установившееся значение мощности нагревателя, разность температур снова начнет уменьшаться и произойдет обратное срабатывание первой ступени регулятора - мощность нагревателя вновь увеличивается до максимального значения.В противном случае, если мощность нагревателя будет по-прежнему превышать сумму тепловых потЕаь и мощности, расходуемой на на6. 69 Ч ИЮ У 7 Составитель Л. Птенцов ТехредС.Йовжий Корректор М. Леонтюк едактор В к 1 Тираж 863 П ВНИИПИ Государственного комитета ССпо делам изобретений и открытий 3035, Москва, Ж, Раушская наб.,Заказ 461 исн лиал 11 ПП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектна 7 1 грев медного блока, уменьшение величины разбаланса будет продолжаться до порога срабатывания второй ступени регулятора, полностью отключающей нагреватель. При этом регулирование будет осуществляться частичным включением минимальной мощности нагревателяИзменение любой из составляющих - тепловых потерь или модности, потребляемой на нагрев объекта - непосредственно отразится на величине разности температур эталонного вещества и объекта регулирования, что вызовет соответствующее изменение частоты включения нагревателя, В частности, при увеличении тепловых. потерь с ростом темпера 16891 ч 8туры объекта частота включения будет увеличиваться, и при некоторой температуре произойдет автоматический переход к следующей ступени регулирования с изменением мощности между минимальным и максимальным ее значениями. Изобретение обладает повышенной 10 точностью воспроизведения заданнойпрограммы изменения температуры,особенно при многократном или циклическом режиме работы, за счетзамены переменного опорного сиг нала постоянным, и повышенной надежностью, определяемой отсутствием движущихся частей и контактныхэлементов.