Устройство для регулирования температуры

Союз СоветскихСоциапистическихРеспублик ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ои 980076(53)М. Кл, С 05 0 23/19 Ркударатекнный каинтет СССР по делам изабретеннй и атнрытийДата опубликования описания 07, 12 . 82 С.Б Фотькин, В.С. Вербицкий, А.И, Иванцова,И,Б. Коломейцева, В,Е. Иитрофанов, С.А Панасейко"и В.В. Пихлецкий(72) Авторы изобретения Московский ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции энергетический институт(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ Изобретение относится к регулированию температуры по заданной про-: грамме и может быть использовано при проведении исследовательских работ по изучению свойств металлов в зависимости от режимов нагрева и выбору оптимальных режимов термообработки деталей на индукционных установках.Известны устройства, позволяющие путем регулирования напряжения на зажимах индуктора по заранее заданной программе или по сигналу от термодатчика регулировать температуру нагреваемой детали 1 11 и ( 2.Однако заложенный в указанные устройства принцип дискретного задания установок по напряжению или температуре позволяет воспроизводить лишь ступенчатую программу нагрева деталей. Подобные устройства не могут обеспечить линейную функцию изменения скорости нагрева и охлаждения обрабатываемой детали в широком диапазоне температур, что особенно важно при проведении исследовательских работ по изучению механических свойств металлов в зависимости от режимов термообработки.Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности являетсяустройство для регулирования температуры, состоящее из многоканального блока задания интервалов температуры, многоканального блока задания скорости изменения температуры, блока установок температур и блока запуска устройства.Известное устройство представляет собой замкнутую систему регулирования с обратной связью по температуре и позволяет осуществлять нагрев, вы" держку и охлаждение обрабатываемой детали по заранее заданной программе. ЦиФровой принцип задания уставок температур, использующийся в этом слуустройстве, позволяет обеспечить повторяемость линейной скорости нагрева и охлаждение обрабатываемой деталк3 98007 Кроме того, оно дает возможность обеспечить в случае необходимости и вы " держку заданной температуры. При этом точность задания программы термообработки деталей ограничена в основном стабильностью генераторов час" тоты и разрядностью цифроаналогового преобразователя (ЦАП) 3,Однако точность реализуемой программы термообработки при использова нии известного устройства совместносо стандартными термоэлектрическими(или оптическими) пирометрами сущест"венно ограничивается, Это обусловленонелинейностью выходной характеристики пирометра, которая в зависимос"ти от конкретного образца колеблетсяв пределах 2-10, Такая точность отработки заданной программы по темпетуре часто не удовлетворяет требованиям, предъявляемым к подобным устройствам, при проведении исследовательских работ по изучению свойствметаллов. Кроме того, из-за невозможности оперативно перестраивать декоди арующую сетку ЦАП устройство рассчитано на использование лишь одного типатермодатчика, Применение же другихтипов уермодатчиков из-за существенного увеличения погрешности обработки заданной программы невозможно. Цель изобретения - повышение точности и расширение области применения устройства.Поставленная цель достигается тем, З что в устройство для регулирования температуры, содержащее задающий генератор импульсов, соединенные последовательно и подключенные к его первому выходу первый ключ и реле времени, соединенные последовательно и подключенные к его второму выходу, второй ключ, а также управляемый делитель частоты с переменным ко- эффициентом деленйя, реверсивный счетчик импульсов, первый блок сравнения и блок управления, первый и второй выходы которого подключены ко вторым входам первого и второго ключей соответственно соединенные после- ф довательно цифроаналоговый преобразователь первым входом связанный с первым входом первого блока сравнения, второй блок сравнения, усилитель и индукционный нагреватель, подключен ный входом ко второму выходу усилителя, а выходом - к первому входувторого блока сравнения и установлен 6 фный в тепловом контакте с индукционным нагревателем датчик температурьа также программный задатчик температуры, первым и вторым выходами соединенный со вторым и третьим входамиреле времени, выходом йодключенногоко второму входу блока управлениятретьим выходом - к второму входу управляемого делителя частоты с переменным коэффициентом деления четвертым выходом - к второму входу реверсивного счетчика импульсов, которыйтретьим входом связан с третьим выходом блока управления, пятым выходомсо вторым выходом первого блока сравнения, а шестым - с третьим входомблока управления введены соединенные последовательно и подключенныек первому входу первого блока сравнения дешифратор, реверсивный регистрсдвига и блок задания нелинейностивыходного напряжения цифроаналогового преобразователя, причем второйвход реверсивного регистра сдвигасоединен с четвертым выходом программного задатчика температуры, третийс третьим выходом блока управления,а первый и второй выходы блока задания нелинейности выходного напряжения цифроаналогового преобразователясо вторым и третьим входами. цифроаналогового преобразователя соответственно.На чертеже приведена структурнаясхема предлагаемого устройства длярегулирования температуры,Оно состоит из задающего генератора 1 импульсов, первого 2 и второго 3 ключей соответственно, коммутирующих выходной сигнал задающегогенератора, релевремени, управляемого делителя 5 частоты с переменным коэффициентом деления, программный задатчик 6 температуры, содержащий переключатели 7, задающие время выдержки требуемой температуры.нагрева детали, переключатели 8,задающие требуемые скорости нагрева и осаждения детали, переключатель9, задающий уставки по температуре,блок 10 пуска и обнуления, предназначенный для подготовки устройства кработе и запуску блок 11 управления,управляющий работой устройства навсех этапах его функционирования,реверсивного счетчика 12 импульсов,осуществляющего подсчет количестваимпульсов, поступающих на его вход свыхода делителя 5 частоты, дешифрато-,20 5 9800 ра 13, преобразующего двоичный код,поступающий с выхода счетчика 12, впоследовательность импульсов, реверсивного регистра 14 сдвига, первогоблока 15 сравнения, осуществляющегосравнение заданной уставки по температуре с состоянием счетчика 2, цифроаналогового преобразователя ЦАП16, преобразующего двоичную информацию, поступающую со счетчика 5, ваналоговый сигнал, второго блока 17сравнения, позволяющего осуществлятьнепрерывное во времени сравнение заданных в программе температур с действительной температурой детали, уси лителя 18, усиливающего сигнал рассогласования, поступающий.с выходаблока 17 датцика 19 температуры блока 20 задания нелинейности выходного напряжения ЦАП, содержащее блок 21задания уставок по напряжению, пер"вого 22 и второго 23 многоканальныхэлектронных коммутаторов, управляющих работой двухканального регулируемого источника 24 напряжения Устройство для регулирования температуры управляет работой индукционногонагревателя 25, состоящего из генератора 26 и индуктора 27. Устройство работает следующим об- зо разом. С помощью переключателей 7-9,входящих в состав задатчика 6, задается требуемая программа термообработки детали. При запуске блок 10 формирует сигналы, переводящие сцетцик 12,реверсивный регистр 14 сдвига и блок 11 в исходное-состояние. Через промежуток:времени, необходимый для окончания переходных процессов во всехцепях устройства блок 10 переводит блок 11 в состояние, соответствующее 1 этапу программы термообработки нагреву детали. При этом блок 1 вырабатывает сигналы, переводящие счетчик 12 и регистр 14 в состояние пря" мого счета и разрешает, прохождение импульсов от задающего генератора 1 через ключ 3 на делитель 5 частоты. Счетчик 12 осуществляет подсчет импульсов, поступающих на его вход от делителя 5 частоты, с частотой, определяемой положением переключателя 8, Информация о состоянии счетчика 12 поступает на вход дешифратора 13, ЦАП 16 блока 15. При достижении в счетчике 12 числа, соответствующего температуре нагрева детали, заданной переключателем 9, блок 15 вырабатыва 76 6ет сигнал, переводящий блок 11 в состояние, соответствующее 11 этапупрограммы термообработки выдержкидостигнутой температуры детали. Приэтом блок 11 запрещает прохождениепоследуоцих импульсов задающего генератора 1 через ключ 3 на вход делителя 5 частоты. Одновременно с этим открывается ключ 2, а счетчик 12 и регистр, 14 переходят в режм хранениянаходящейся в них к этому моментуинформации. По окончании заданногопереключателем 7 интервала выдержкидостигнутой температуры детали реле 4времени переводит блок 11 в состояние, соответствующее И этапу программы термообработки - охлаждениюдетали. При этом блок 1, закрываяключ 2, разрешает прохождение импульсов задающего генератора 1 черезклюц 3 и переводит счетчик 12 и регистр 14 сдвига в режим обратногосчета, После полного считывания записанного в счетчик 12 числа блок 5переводит блок 11 в исходное-состояние. ЦАП 16, на всех этапах термообработки детали преобразует двоичныйкод, поступающий от счетчика 12 ваналоговый сигнал, который, в своюочередь, подается на один из входовблока 17. На другой его вход поступает сигнал обратной связи от датчика 19 температуры, Разность этихсигналов, усиленная усилителем 18,управляет работой генератора 26 индукционного нагревателя 25, которыйв зависимости от величины и знакасигнала рассогласования увеличиваетили уменьшает напряжение, питающееиндуктор 27.Блок 20 позволяет аппроксимироватьнелинейную выходную характеристикутермодатчика с помощью ломаной кусочно линейной кривой, При этом числоточек перегиба аппроксимирующей кривой определяется требованиями, предь"являемыми к точности реализации заданной программы термообработки детали,В процессе реализации заданной программы термообработки детали на счетный вход реверсивного регистра 14 сдвига от дешифратора 13 поступает серия импульсов. Их число равно числу перегибов аппроксимирующей кривой в пределах заданной переключателем 9 температуры нагрева обрабатываемой детали. Выходы регистраФормула изобретения Устройство для регулирования температуры, содержащее задающий генера-: тор импульсов, соединенные последовательно и подключенные к его первому выходу первый ключ и реле времени, соединенные последовательно и подключенные к его второму выходу, второй ключ, а также управляемый делитель частоты с переменным коэффициен том деления, реверсивный счетчик импульсов, первый блок сравнения и блок управления, первый и второй выходы которого подключены ко вторым входам первого и второго ключей соответственно, соединенные последовательно цифроаналоговый преобразователь, первым входом связанный с первым входом первого блока сравнения, второй блок сравнения, усилитель и индукционный нагреватель, подключенный входом ко второму выходу усилителя, а выходом к первому входу второго блока сравнения и установленный в тепловом контакте с индукционным нагревателем датчик температуры,а также программный задатчик температуры, первым и вторым выходами соединенный со вторыми и третьим вхЬдами реле времени, выходом подключенного ко второму входублока управления, третьим выходом к второму входу упРавляемого делителя частоты с переменным коэффициентом деления, четвертым выходом - к второму входу реверсивного счетчика импульсов, который третьим входом связан с третьим выходом блока управления, пятым выходом - со вторым входом первого блока сравнения, а шестым - с третьим входом блока управления, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и расширения области применения устройства, оно содержит соединенные последовательно и подключенные к первому входу первого блока сравнения дешифратор, реверсивный регистр сдвига и блок задания нелинейности выходного напряже 7 98007 14 соединены с включенными параллель" но цепями управления коммутаторов 22 и 23. Каждому линейному отрезку аппроксимирующей кривой соответствует включенное состояние одного из 5 каналов коммутатора 22 и одного из каналов коммутатора 23, Через включенные каналы коммутаторов 22 и 23 на управляющие входы источника 2 напряжения подаются уставки по напряже нию, задаваемые блоком 21, для точек перегиба аппроксимирующей кривой в соответствии с нелинейной выходной характеристикой термодатчика, Выход-. ное напряжение одного из каналов ис точника 2 ч напряжения используется для питания декодирующей сетки ЦАП 16, а выходное напряжение второго канала источника 24 напряжения подается на нагрузочное сопротивление ЦАП 16, 20 где оно суммируется с напряжением заданной программы, подаваемым на блок 17, Изменения напряжения питания декодирующей сетки ЦАП 16 ведет к изменению шага квантования, а следова тельно, и к изменению наклона выходного напряженияЦАП 16 на этапах нагрева и охлаждения обрабатываемой детали, Изменение напряжения второго канала источника 2 ч напряжения ведет к изменению выходного напряжения ЦАП 16, а следовательно, и к смешению напряжения программы термообработки в точках излома аппроксимирующей линии.Таким образом, зная тип термодатчика и изменяя в точках перегиба аппроксимирующей линии с помощью потенциомет ров наклон и смещение, входящих в состав блока 21 задания уставок по наЩ пряжению, величину выходных напряжений источника 2 ч напряжения, можно корректировать выходное напряжение ЦАП 16 в соответствии с выходной характеристикой термодатчика.45Использование в блоке 20 десяти- канальных коммутаторов позволяет с высокой точностью аппроксимировать нелинейную выходную характеристику термодатчика, Например, для термоэлектрических параметров группы ХА,50 удовлетворяющих требованиям ГОСТ 30 М, максимальная ошибка аппроксимации не превышает 0,01 У., в диапазоне температур 200-1600 С.Применение в регуляторе температу ры десятиразрядного цифроаналогового преобразователя и десятиканальных коммутаторов позволит использовать термодатчики различных классов, выходное напряжение которых изменяется от 10до 100 мВт в диапазоне температур 200- 1600 С. При этом отклонения от заданбной программы термообработки, как показали расчеты, не превысят 0,3 независимо от класса используемого датчика,9 980076ния цифроаналогового преобразователя,причем второй вход реверсивного регистра сдвига соединен с четвертымвыходом программного здатчика темпе" 1. Авторское свидетельство СССРратуры, третий - с третьим выходомН 640278 кл.6 05 О 23/19, 1979.блока управления, а первый ивторойвыходы блока задания нелинейности вы. Автррское свидетельство СССРходного напряжения цифроаналогового Н 761589, кл, О 21 О 11/00, 1980.преобразователя " со вторым и третьим 3. Авторское свидетельство СССРвходами циФроаналогового преобразо У 628473, кл. 6 05 О 23/19, 1978вателя соответственно. (прототип),1 О Источники информации,принятые во внимание при экспертизе