Устройство для регулирования температуры

54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРА3Изобретение относится к автоматике и предназначено для регулированиятемпературы различных объектов. В частности, может быть использовано всистемах термостатирования с достаточно большим объемом регулируемой среды, в термостатах, термобарокамерах,предназначенных для испытаний различ"ной аппаратуры.С целью повышения точности регулирования созданы устройства, в которых 10обеспечивается ступенчатое приближение к заданной температуре за счетвведения дополнительных элементов исвязей; обеспечивающих включение иотключение исполнительного элемента,1через определенные промежутки времени,Известен регулятор температуры,содержащий источник питания постоян 20ного напряжения, резистивный мост сдатчиком температуры, источник питания переменного тока, подключенныйк питающей диагонали резистивногомоста, измерительная диагональ которого через усилитель подключена квыходному реле, замыкающийся контакткоторого включен в цепь исполнительного элемента.Измерительная диагональ моста,кроме того, через последовательно соединенные переменный резистор и укаэанный контакт выходного реле, кточке соединения которых подключенисполнительный элемент, соединена систочником питания постоянного напряжения,При включении нагревателядит разогрев регулируемой срчика температуры.Одновременнозамыкающийся контактвыходного реле подключает к источникупостоянного напряжения измерительнуюдиагональ моста, по которой начинаепротекать ток, вызывающий дополнитный разогрев датчика температуры.Вследствие этого наступает баланс моста, хотя температура регулируемой3 9302 среды еще не достигла заданного уров- ня, После этого нагреватель от 3 рчается, датчик температуры охлаждается до температуры регулируемой среды, что вновь приводит мост к разбалансу, к срабатыванию реле и включению нагревателя,Таким образом, за счет введения дополнительного разогрева датчика температуры обеспечивается ступенча тое приближение к заданной температуре. Длительность импульсов включения нагревателя и отключения определяется величиной тока, подаваемого на измерительную диагональ моста через пере менный резистор, т. е. величиной сопротивления его 11.Недостаток известного устройства заключается в следующем.При малом отклонении температуры 2 О регулируемой среды от заданной для точного регулирования необходимы малые длительности включения исполнительного элемента, что соответствует малому значению сопротивления переменного резистора, при котором ток, обеспечивающий дополнительный разогрев датчика температуры, велик, благодаря чему быстро достигается баланс моста. Но при малом значении сопротивления переменного резистора может происходить шунтирование на измерительной диагонали резистивного моста по переменному току. Это вызывает резкое уменьшение сигнала на входе усилите 35 ля и отключение исполнительного элемента, что не позволяет производить регулировку температуры, При большом значении сопротивления переменного резистора ток дополнительного разогрева датчика температуры мал, увеличиваются длительности включения исполнительного элемента, ступенчатый процесс регулирования становится более грубым, уменьшается точность поддер 15 жания заданной температуры. С другой стороны, при большом отклонении температуры, например, в случае случайного резкого отклонения или в случае перехода с одного задан О ного значения на другое, для быстрого достижения заданного значения необходимо иметь большие. длительности работы исполнительного элемента, что соответствует наибольшему выставленному 55 значению сопротивления переменного резистора, При малом сопротивленйи .переменного резистора и большом токе 92 4дойолнительного разогрева датчика исполнительный элемент включается на короткое время, увеличивается длительность пауз, увеличивается время, необходимое для достижения заданной температуры, что уменьшает точность поддержания температуры в случае случайного резкого отклонения температуры, так как в течение большого отрезка времени температура не соответствует заданной, и увеличивает время непроизводительной работы устройства в случае перехода с одного заданного значения температуры на другое.При выставленном определенном среднем значении сопротивления переменного резистора будет происходить недостаточно точное регулирование вблизи заданного значения температуры и медленное нарастание температуры при болвшом отклонении от заданного значения,Таким образом, недостатком известного устройства для регулирования температуры является низкая точность регулирования и большое время достижения заданной температуры,Наиболее близким по своей технической сущности к предлагаемому устройству является регулятор температуры,содержащий последовательно соединенные датчик температуры, измерительное устройство, усилитель а регулируемым коэффициентом усиления, усилитель мощности и релейный элемент, атакже блок переключения коэффициентаусиления усилителя,Блок переключения коэффициентаусиления усилителя выполнен на встречно-параллельно включенных диодах споследовательно соединенными резисторами, подключенными на вход усилителя,общая точка последовательно соединенных резисторов связана с выходом измерительной схемы и точкой соединениядиодов, которая через контур гибкойобратной связи связана с цепью нагрузки. Введение блока переключения коэффициента усиления усилителя обеспечивает защиту усилителя при резких разбалансах на входе регулятора 2 .Однако данный регулятор температуры не обеспечивает необходимую точность регулирования и быстродействие,Цель изобретения - повышение точности и быстродействия устройствадля регулирования температуры,Поставленная цель достигается тем,что устройство для регулирования тем0292 69 к источнику 17 постоянного напряжения. Клемма 21 усилителя 3 подключена к источнику 17 для подачи постоянного напряжения питания на усилитель 3.Устройство работает следующим образом.В случае, когда температура регулируемой среды и сопротивление датчи ка 2 температуры, находящегося.под еевоздействием, равны заданным значениям, термочувствительный мост 1 находится в равновесии. При этом с измери.тельной диагонали моста 1 снимается 15 нулевое напряжение. Обмотка 5 релеобесточена, Нагреватель 9 отключен.Входная клемма 19 усилителя 4 через1 резистор 12 ВС-цепочки и размыкающийся контакт 6 подключена к выходу де лителя 14 с наибольшим уровнем напряжения. Конденсатор 18 ВС."цепочки заряжен. При этом усилитель 4 с регулируемым коэффициентом усиления обеспечивает наибольшее усиление сигнала.25 При отключении температуры регулируемой среды от заданного уровня изменяется сопротивление датчика 2 температуры, что нарушает равновесие термочувствительного моста . При значительном уменьшении температуры на выходе измерительной диагонали моста 1появляется достаточно большое напряжение, которое усиливается усилителем 3. Происходит срабатывание релеи включение нагревателя 9Одновременно размыкается контакт 6 и замыкается контакт 7 реле. Входная клемма 19 усилителя 4 при этом подключеначерез резистор 12 и замыкающийся контакт 7 к выходу делителя 14 с наименьшим уровнем напряжения, Происходит подразряд конденсатора 11. Приэтом коэффициент усиления усилителя4 уменьшается до наименьшего значения.Но за счет большой величины сигнала 45рассогласования на выходе моста 1нагреватель 9 остается во включенномсостоянии и происходит приближениетемпературы регулируемой среды к заданному уровню, За счет постояннойработы нагревателя без периодическихотключений и включений, как это имеет место в известном, уменьшаетсявремя достижения заданной температурыНагреватель 9 остается во включенном 5 93пературы содержит последовательно соединенные термочувствительный.мостпеременного тока, усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, усилитель мощности и исполнительное реле,через контакты которого нагревательподключен к источнику постоянного тока, а также блок управления коэффициентом усиления усилителя, Блок управления коэффициентом усиления делителя содержит элемент задержки,выполненный в виде КС-цепочки и резистивного делителя напряжения, соединенного с источником постоянноготока, причем вход ВС-цепочки черезперекидной контакт исполнительногореле связан с соответствующими выводами делителя напряжения, а выходКС-цепочки подключен к управляющемувходу усилителя с регулируемым коэффициентом усиления,На чертеже изображено предлагаемое устройство,Устройство содержит термочувствительный мост 1 переменного тока сдатчиком 2 температуры, усилитель 3,первый каскад которого представляетсобой усилитель 4 с регулируемым коэффициентом усиления, реле с обмоткой 5, размыкающимся контактом 6 иперекидным контактом 7, 8, нагреватель 9, блок 10 управления коэффициентом усиления усилителя, элемент 11задержки в виде ЙС-цепочки из резистора 12 и конденсатора 13 делитель14 напряжения из резисторов 15 и 16,источник 17 постоянного напряжения.Питающая диагональ резистивногомоста 1 подключена к источнику питания переменного тока (не показан),Измерительная диагональ резистивногомоста 1 подключена к входной клемме18 усилителя 4, Другая входная клемма 19 усилителя 4 через Ю-цепочку,состоящую из резистора 12 и конденсатора 13, размыкающийся контакт 6 изамыкающийся контакт 7 реле подключе.на к соответствующим выходам делитепя 14 напряжения, включенного на вы. ходе источника 17 постоянного напряжения. На выходе усилителя 3 включена обмотка 5 реле. Параллельно ейподключен накопительный конденсатор20, сглаживающий пульсации сигналана выходе усилителя 3 с частотой источника переменного тока, питающегорезистивный мост 1.Замыкающийся контакт 8 реле предназначен для подключения нагревателя состоянии до тех пор, пока изменениетемпературы регулируемой среды неприведет к уменьшению сигнала на вы. -ходе моста 1 на столько, что происхо930292 8 нительный элемент включается на более короткие промежутки времени. Формула изобретения дит отключение нагревателя 9, При этом входная клемма 19 усилителя 4 вновь подключена к выходу делителя 14 с наибольшим уровнем напряжения. Происходит подзаряд конденсатора 13.Коэффициент усиления усилителя 4 увеличивается. Через определенный промежуток времени, обусловленный временем подзаряда конденсатора 13 и величиной сигнала рассогласования на 16 выходе моста. 1, реле вновь срабатывает и включает нагреватель 9. Входная клемма 19 усилителя 4 переключается к выходу с меньшим уровнем напряжения Нагреватель 9 остается включенным до 5 тех пор, пока конденсатор 13 не подразрядится и не уменьшится коэффициент усиления усилителя 4. После от- ключения реле входная клемма 19 усилителя 4 вновь подключается к выходу 20 с большим уровнем напряжения.Процесс будет продолжаться с уменьшающейся длительностью импульсов включения и отключения за счет ;уменьшения сигнала рассогласования 23 вплоть до достижения заданной температуры регулируемой среды,Применение предлагаемого устройства для регулирования температуры позволяет по сравнению.с базовым об%-ЗО ектом, обеспечивающим точность регулирования температуры +0,5 С, повы6сить точность регулирования до +0,2 С.9В результате повьппения точности ре. гулирования температуры сокращается расход электроэнергии, потребляемой при работе устройства, так как исполУстройство для регулирования температуры, содержащее последовательносоединенные термочувствительный мостпеременного тока, усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, усилЛтель мощности, связанный с обмоткойреле и исполнительного реле, черезконтакты которого нагреватель подключен к источнику постоянного тока, атакже блок управления коэффициентомусиления усилителя, о т л и ч а ю -щ е е с я тем, что, с целью повыше ния точности и быстродействия устройства, блок управления коэффициентомусиления усилителя содержит элементзадержки, выполненный в виде КС-цепочки и резистивного делителя напряжения, соединенного с источникомпостоянного тока, причем вход КС-цепочки через перекидной контакт исполнительного реле связан с соответствующими выводами делителя напряжения,а выход КС-цепочки подключен к управляющему входу усилителя с регулируемым коэффициентом усиления,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельсгво СССРУ 463953, кл, С 05 Р 23/24, 1971,2. Авторское свидетельство СССРУ 294131, кл. 6 05 0 23/19, 1968"Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 иал Тираж 90 ВНИИПИ Госуда по делам из 33035, Москва, Поднисноетвенного комитета СССРретений и открытий