Устройство для регулирования температуры

(19) .(И А 5 О 231 ГОСУДАРСТВЕНПО ДЕЛАМ Салаев,М.Э, Эмин АН Азерельство С19, 1979 РЕГУЛИ св. Ф 4 тем, чти его притретий уставок,. РО 82 то 157 НОЙ КОМИТЕТ СССРОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ(54(57 ) УСТРОЙСТВО ДЛЯВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ по автотличающеесяс целью расширения обласменения, в него введенытриггер управления, блок элемент задержки и пятый элемент И, ,причем первый и второй входы третьего триггера управления соответственно подключены к первому входу бло.- ка формирования пилообразного напря.жения и к выходу элемента задержки, вход которого подключен к выходу первого .таймера и первому входу пятого элемента И, выход которого подключен к первому входу элемента ИЛИ, нулевой выход третьего триггера управления подключен к третьему входу четвертого элемента И и пер.вому входу блокауставок, второй Йход которого соединен с вторйм входом пятогб элемента. И и с единичным выходом третьего триггерай управления, первый и второй выходы блока уставок подключены соответст.3 венно к третьим входам делителя час" тоты и первого таймера.1040473 Изобретение относится к системаМ автоматического регулирования и мо-, жет быть применено для программного регулирования температуры, в частности для выращивайия кристаллов.Известно устройство, содержащее датчик температуры, последовательно сбединенные генератор импульсов и первый элемент И, последовательно .соединенные блок запуска, основной триггер управления, второй элемент И, 10 формирователь управляющих сигналов и исполнительный элемент, последовательно соединенные компаратор, первый элемент НЕ .и третий элемент И, а также последовательно сое диненные блок формирования пилообраз-. ного напряжения, пороговый блок и второй элемент НЕ, вход которого соединен с вторым входом основного триггера управления,.а выход - с 2 О вторыми входами второго и третьего элементов И, выход блока формирования пилообразного напряжения соединен с первым входом компаратора, второй вход которого подключен к 25 второму входу порогового блока и выходу датчика температуры, а выход - к третьему входу второго зле мента И, третий вход третьего элемента И соединен с выходом основного триггера управления, а выходс вторым входом формирователя управ ляющих сигналов, выход блока запуска соединен с вторым входом исполнительного элемента и первым входом блока формирования, пилообразного З 5 напряжения, делитель частоты, последовательно соединенные первый .таймер, элемент ИЛИ и дополнительный триггер управления, последовательно .соединенные четвертый элемент И и второй 40 таймер, выход которого соединен с вторым входом дополнительного триг- гера управления, причем входы четвертого элемента И подключены соответственно к выходу основного триггера 45 управления и первому входу первого элемента И, второй вход которого подключен к выходу дополнительного триггера управления, а выход - к прм ходам первого таймера, и делитель частоты, выход которого соединен с вторым входом блока формирования пилообразного напряжения, а выход блока запуска связан с вто- . рыми входами элемента ИЛИ обоих тай меров, и делитель частоты.Известное .устройство работает следующим образом.После включения питания блок запуска устанавливает в исходное состояние блок формирования пилооб- бО разного напряжения, первый и второй таймеры, делитель частоты, исполнительный элемент, а первый и второй триггеры управления переводит в состояние фО", Затем с помощью 65 2Уст, 1 в блоке формирования пилообразного напряжения устанавливается заданное значение температуры г , которое необходимо попдерживать постоянным в течение времени Т, а с помощью Уст. 2 в делителе частоты устанавливается такое значение частоты, которое соответствовало бы заданной скорости снижения температуры. На выходе блока формирования пилообразного напряжения получается напряжение, пропорциональное заданному .значению температуры са. Напряжениесравнивается с напряжениемс выхода датчика температуры на пороговом блоке и, компараторе. После включения цепи нагрева текущее значение температуры возрастает и в момент времени, когда текущее значение температуры равно заданному, т.е.: р., сигнал с выхода порогового блока переводит первый триггер управления в состояние "1". С этого момента в течение времени Т, устройство .осуществляетподдержанйе значения температуры на заданном значении. Для этого напряжение Ф, сравнивается в компараторе и в пороговом блоке с напряжениеми в зависимости от.знака отклонения текущего значения регулируемой температуры от заданной уст-. ройство вырабатывает управляющий сигнал, вызывающий увеличение или уменьшение управляющего воздействия.По истечении времени Т сигналом с выхода второго таймера второй триггер управления переводится в состояние "1". С этого момента устройство осуществляет снижение температуры с заданной скоростью, запускается делитель частоты и второй таймер, который измеряет время охлаждения Т . В соответствии с Уст. 2 с выхода делителя частоты на вход блока формирования пилообразного напряжения поступают импульсы с частотой Т, которая соответствует заданной скорости снижения температуры, т.е. отношению - -, где Ь й " изменедЛ Кние температуры, д- изменение времени. 1(аждым импульсом .напряже" ние на выходе блока формирования пилообразного напряжения. уменьшается на величину Ь и т.д. В промежутке временид.значение температуры поддерживается аналогично описанному еПроцесс снижения температуры заканчивается в момент времени, когда содержание первого таймера достигает значения Т 2Недостатком известного устройства. является то, что оно ограничивается снижением температуры только с одной установленной скоростью в течение, заданного интервала времени и не позволяет автоматически изменять ско.рость охлаждения и интервала времени, что особенно важно для получения нужного состава при выращиваниикристаллов, а также при термическойобработке металлов. 5Цель, изобретения - расширениеобласти применения устройства за,счетрасширения диапазона регулирования,Поставленная цель достигаетсятем, что в устройство введены третий 10триггер управления, блок уставок,элемент задержки и пятый элемент И,причем первый и второй входы третьего триггера управления соответст-,венноподключены к первому входу 15блока формирования пилообразногонапряжения и к выходу элемента за-,.держки, вход которого подключен к,выходу первого таймера и первомувходу пятого элемента И, выход кота Орого. подключен к первому входу элемента ИЛИ, нулевой вход третьеготриггера управления подключен к третьему входу четвертого элемента И ипервбму входу блока уставок, второйвход которого соединен с вторымвходом пятого элемента И и с единичным выходом третьего триггера управ-.ления, первый и второй выходы блокауставок соответственно подключены ктретьим входам делителя частоты ипервого таймера.На Фиг. 1 приведена Функциональная схема предлагаемого устройствана фиг. 2 - временная диаграммаработы устройства.Устройство сддержит генератор 1импульсов, первый элемент И 2,блок 3 Формирования пилообразногонапряжения, пороговый блок 4, комца.ратор 5 первый элемент НЕ 6, второйэлемент НЕ 7, второй элемент И 8,третий элемент И 9, блок 10 запуска, первый триггер 11 управления,формирователь 12 управляющих сигна" 45лов, исполнительный .элемент 13, датчик 14 температуры, делитель 15 частоты, первый таймер 16, четвертыйэлемент И 17, второй таймер 18,элемент ИЛИ 1 Ь, второй триггер 20 5 Оуправления, третий триггер 21 удрав-ления/, элемент 22 задержки, блок 23уетавок, пятый элемент И 24.Кроме того, обозначены (фиг, 1)уставка заданного значения температу.ры Уст. 1, уставки делителя частоты.Уст. 2 и Уст. 4, уставки первоготаймера Уст. 3 и Уст. 5. Обозначенотакже (фиг. 2) заданное значениетемпературы с, время Т, в течение которого необходимо поддерживатЬ 60температуры на заданном значениивремя Т, в течение которого необходимо снижать температуры с первойзаданной скоростью, время Т, в течение которого необходимо снижать 5 температуры с второй заданной скоростью.Устройство .работает следующим образом.После включения питания блок 10 запуска устанавливает в исходное состояние блок 3 формирования пило-. образного напряжения, первый и второй таймеры 16 и 18, делитель 15 частоты, исполнительный элемент 13, а первый, второй итретий триггеры 11, 20 и 21 управления переводит в состояние ф 0". После этого с помощью Уст. 1 в .блоке 3 Формирования пилообразногонапряжения устанавливается заданноезначение температуры Сд, которуюнеобходимо поддерживать :постояннымв течение времени .Т (линия ВСфиг. 2). С помощью Уст. 2 и Уст. 3в блоке 23 уставок устанавливаетсясоответственно такое значение частоты, которое соответствовало быпервой заданной скорости снижениятемпературы и временный интервал Т 2(линия СР ), а Уст, 3 и Уст. 4 соответственно такое значение частоты,которое соответствовало бы второйзаданной скорости снижения температуры и временному интервалу Т (ли.ния ЗЕ),На выходе блока формированияпилообразного напряжения получаетсянапряжение, пропорциональноезаданному значению температуры сз,А .Напряжение(Фиг. 1 ) поступает напервые входы порогового блока 4 икомпаратора 5. На вторые входы порогового блока 4 и компаратора 5 поступает напряжение 0 с выхода датчика14 температуры. После включения цепинагрева регулируемого объекта(Фиг. 2) текущее значение температуры возрастает по линии 1 Ь . Поэтому возрастает и значение напряжения Ж и в момент времени Ь , т.е.когда текущее значение температурыравно заданному со значение Ю также равняется 3, т.е. с =Р. Приэтом,на выходе порогового блока 4 по.лучается сигнал, который переводитпервый триггер 11 управления в состояние "1"С этого момента в течение времени Т устройство осуществляет поддержание значения темпера-,туры, равного сцА . Это происходитследующим образом. При переходе первого триггера 11 жправления в состояние "1 ф открываются элементыИ 8, И 9, а также И 17, так кактретий триггер 21,управления в нулевом состоянии и на третьем входеэлемента И, 17 также включает потенциал. Поэтому интервал с.выхода гене.1 ратора 1 импульсов, пройдя черезчетвертый элемент И 17, поступаетна счетный вход второго таймера 18,;который начинает измерять временной интервал Т (фиг, 2).Для подцержания значения температуры в регулируемом объекте на постоянном значении текущее значение регулируемой температуры, т.е. напря жение сс, с выхода датчика 14 температуры непрерывно сравнивается с .напряжением . в компараторе 5 и пороговом блоке 4 (чувствительность компаратора выбирают больше или равной чувствительности порогового блока ). В зависимости от знака отклонения текущего значения регулируемой температуры от заданной устройство вырабатывает управляющий сигнал, вызывающий увеличение или уменьшение управляющего воздействия,Например., если текущее значение регулируемой температуры больше заданного, т.е. ф ъ , то на выходе порогового блока 4 получается сиг. нал "О", а на выходе элемента НЕ 7 высокий потенциал, т.е. сигнал "1". Так как в это время на выходеком паратора 5 имеется высокий нотенциал, то сигнал ф 1 ф с выхода элемента НЕ 7 проходит через элемент И 8 и поступает в Формирователь 12 управляющих сигналов-, который вырабатывает сигнал, вызывающий уменьшение управляющего воздействия. Приуменьшении текущего значения температуры до , т.е. при К =, на выходе порогового блока 4 получается сигнал "1", а на выходе элемента НЕ 7 - сигнал "Оф, поэтому на . выходе И 8 и И 9 сигнал отсутствует,Если текущее значение регулируемой температуры меньше заданного, т.е. с с. то на .выходе порогового блока 4 получается фОф, а на выходе элемента НЕ 7 высокий потенциал, т.е. сигнал "1". При Ы = на выходе. компаратора 5 низкий потенциал, т;е. сигнал "Оф, а на выходе элемента НЕ 6 сигнал ".1 ф. Поэтому сигнал "1" с выхода элемента НЕ 7 проходит через элементы И 9 и посту- пает в формирователь 12 управляющих сигналов. При увеличении текущего значения температуры до , т.е. прина выходе порогового блока 4 получаетсясигнал "1",а на выходе элемента НЕ 7 - сигнал "Оф, поэтому на выходе элементов И 8 и. Й 9 сигнал отсутствует. Далее регулирование температуры повторяется аналогично .описанному.По истечении времени Т, т:е, в момент времени С(Фиг. 2), на выходе второго таймера 18 получается сигнал и переводит второй триггер 20 управления в состояние ф 1", С этого момента в течение первого интервала времени Т устройство снижает тем-. пературы с первой заданной скорос-, ,тью (линия С 0 ). Это происходит следующим образом. Так как третий триггер 21 управления в нулевом состоянии, то блок 23 устанок устанавливает в делителе 15 частоты и первомтаймере 16 соответственно Уст. 2и уст. 3.При переходе второго триггерауправления 20 в состояние "1" открывается первый элемент И 2. Поэтому импульсы с выхода генератора 1 10 .импульсов, пройдя через первый элемент И 2, поступают на вход делителя 15 частоты и на счетный вход первого таймера 16. Таким образом,первый таймер 16 начинает измерятьпервое время охлаждения Т (фиг. 2),соответствующее Уст. 3. Так каквыход делителя 15 частоты соединенс входом блока 3 формирования пилообразного напряжения, то в соответствии с Уст. 2 с выхода делителя 15частоты на вход блока 3 формирования пилообразного напряжения поступают импульсы счастотой 1 (час- тота этих импульсов Ф соответствует первой заданной скорости снижения температуры, т.е. отношению .,ЬиРы в Са Ьб изменение времени в ч.(линия СР, фиг. 2 ). Каждым импульсом напряжение на выходе блока 3 фор,мирования пилообразного напряженияуменьшается на.величинуЬйВ про-,межутке времени Ьс 1 (фиг, 2), кото.Рый соответствует периоду следования импульсов на выходе делителя 15частоты, значение температуры поддерживается устройством на постоянном значении аналогично описанному.Таким образом, начиная с точки С 40 в течение времени Т температураснижается с заданной скоростьют.е. по линииС 2 (Фиг. 2), ПроАВр фцесс снижения температуры с првой 45 заданной скоростью заканчивается вмомент времени Тд, когда на выходепервого таймера 16 вырабатывается, сигнал, который через элемент 22 задержки переводит третий триггер 21управления в состояние "1". Этот,сигнал не перекидывает второйтриггер 20 управления (в тат момент навтором входе пятого элемента И 24низкий потенциал), он остается всостоянии ф 1 ф .и первйй элемент И 2остаетсяоткрытым. Так как третийтриггер 21 управления в состоянииф 1 ф, то блок 23. Уставок устанавли.- вает в делителе 15 частоты и первомтаймере 16 соответственно Уст. 4 иУст. 5. С этого момента первый тай-,мер 16 измеряет второе время охлаждения .Т (Фив.,2 ), соответствующееуставке Уст. 5, и на вход блока 3Формирования пилообразного напряжения с выхода делителя 15 частоты в15 соответствии с Уст. 4 поступают импульсы с частотой Г 2 (Г соответствует второй заданнойскорости снижения температуры, т.е. отношению, где д с - изменение тем; 5дгпературы вС; д ч - изменение врелмени в ч (линия С 0, фиг. 2 ). Снижение температуры, начиная с точки Зд 1с заданной скоростью -лв .тече- д10 ние времени Т происходит аналогичным образом. и заканчивается в момент времени Т, когда на выходе первого таймера 16 вырабатывается сигнал, который через пятый элемент И 24 .(на втором .входе высокий потенциал, .состояние третьего триггера 21 управления в ф 1".) и .элемент ИЛИ 19 ус- . .танавливает второйтриггер 20 управления в. состояние "0". Второй триггер 20 управления запирает первый. 2 О элемент И 2 и третий триггер,21 уптравления остается в.состоянии "1". Этим процессом заканчивается и устройство приводится в исходное сос-тояние. Изменением уставок.можно повторить процесс. неоднократно с новыми параметрами.Предлагаемое. устройство позволяет поддерживать температуры на постоянном значении в течение заданного интервала времени, снижать температу ры (охлаждать) одной заданной скоростью в течение заданного временного интервала, а после истечения этого временного интервала путем автоматического изменения скорости и интервала времени в ходе. процесса охлаждать с другой заданной скорос" тью в течение другого заданного временного интервала,. что необходимо при управлении технологическими прО- цессами, в частности для получения нужного состава при выращивании ,кристаллов.Так как устройство построено на цифровых элементах, то оно обесцечивает высокую точность регулирования температуры, а также скорость снижения температуры (скорость охлаждения ) практически на любое заданное время.1040473 Составитель А, Гулееедактор А. Курах Техред А.Ач орректо аказ ПорпСССРд. 4/5 ноно филиал ППП "Пате ь ю 6928/51 Тираж 874 ВНИИПИ Государственного комитета по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., г. Ужгород, ул. Проектная