Устройство для программного регулирования температуры

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН И 9) (11) 1) 5 С О 5 В 23/19 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЬПИЯМПРИ П 1 НТ СССР О НИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ тавяцкасв о(21) 4208780/24-24(511) УСТРОЙСТВО ДЛЛ ПРОГРАИЮЗОГО РЕГУЛИРОВИ 1 ИЛ ТСИПЕРАТУРЫ(57) Изобретение относится к устройствам, предназначенным для программнго регулирования температуры (камертермостатов и др.) . Цель изобретенияповыыение быстродействия и расширениобласти применения, Устройство дляпрограммного регулирования температуры содерхит измеритель 1, блок 2 управления, подключенный входами к первому и третьему выходам блока 5 уста1541572 вок температур, к первому выходу блока 4 задания скорости изменения температуры, блок 3 задания выдержкивремени, подклюценный входами к пятому выходу блока 2 управления, к второму выходу блока 4 задания скоростиизменения температуры и к первому выходу блока 5 уставок температур,блок 4 задания скорости изменения тем пературы, подключенный входами к первому выходу блока 5 уставок температур, к второму выходу блока 2 управИзобретение относится к устройствам предназначенным для программного20регулирования температуры различныхобъектов, например, температуры термостатов в дифференциально-термическиханализаторах.Цель изобретения - повышение быст 25родействия и расширение области применения программного регулятора,Па чертеже изображенаблок-схемаустройства для программного регулирования температуры.Устройство содержит измеритель 1,блок 2 управления, блок 3 задания выдержки времени, блок 4 задания скорос-ти изменения температуры, блок 5 уставок температуры и регулятор.6. Измеритель 1 содержит датчик 7 и усили- З 5тель 8. Блок 2 управления содержиттриггер 9, узел 10 сброса, инвертор11, тактовый генератор 12, четыре элемента ИЛИ 13 - 16, три элемента И 1719, делитель 20 частоты, ключ 21,две кнопки 22 и 23 и переключатель24 режимов. Блок 3 задания выдержкивремени содержит эадатцик 25 выдержкивремени, сцетцик 26, дешифратор 27и ключ 28. Блок 4 задания скоростиизменения температуры содержит эадатцик 29 величины ступеней, счетчик 30,цифровой элемент 31 сравнения и элемент И 32. Блок 5 уставок температур содержит задатчик 33 иэотермицеских уровней, цифровой элемент 34 сравнения, реверсивный сцетчик 35,. цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 36 икомпаратор 37,55Устройство работает следующим образом.При включении устройства на выходе10 узла сброса Формируется импульс ления и к выходу блока 3 задания выдержки времени, блок 5 уставок температур, подключенный входами к первому, третьему и четвертому выходам блока 2 управления, к второму выходу блока 4 задания скорости изменения температуры и к выходу измерителя 1, регулятор 6, подключенный входами кпервому выходу блока 2 управления, квторому выходу блока 5 уставок температур и к выходу измерителя 1. 1 ил. сброса а, который устанавливают в исходное состояние триггер 9, ключ 21 иделитель 20, задатчик 25; счетчик 26,эадатчик 29, счетчик 30, задатчик 33и реверсивный счетчик 35, При этомна выходе деыифратора 27 устанавливается логическая "1", которая закрывает ключ 28 и подготавливает к работеэлемент И 32, На выходе задатциков25, 29 и 33 устанавливаются величинысоответственно времени и выдержки первой ступени нагрева (с) первого изотермического уровня (Т, ) и ступенинагрева (ЬТ 1). Логическая "1" с инверсного выхода элемента 3 1 сравненияподготавливает работу элемента И 19,Логическая 1 с инверсного выходатриггера 9 через элементы ИЛИ 15 и 16подготавливает к работе элементы И17 и 18, блокирует работу регулятора6 и разреыает работу ЦАП 36 без стробирования. Логическая "1" с инверсно"го выхода делителя 20 через элементИЛИ 15 подготавливает работу элемента И 17. Компаратор 37 сравнивает выходную величину сигнала блока 1, которая соответствует текущему значениютемпературы в камере термостата (температура внешней среды), с величинойвыходного сигнала ЦАП 36. Бсли величина сигнала на выходе блока 1 больше, то логический "0" с выхода компаратора 37 через инвертор 11 и элемент ИЛИ 14 разрешает прохождениетактовых импульсов с выхода ключа 21через элемент И 17 на суммирующийвход счетцика 35, код которого начинает увеличиваться, приводя к возрастанию величины аналогичного сигналана выходе ЦАП 36, Когда величина сигнала на выходе ЦАП 36 превысит сиг5 15157 нал на выходе блокЛ 1, компара тор 3 71 перебрасываешься и логическая. "1" с его выхода через элемент ИЛИ 13 разрешает прохождение тактовых импульсов с выхода ключа 21 через элемент И 18 на выцитающий вход счетчика 35. Таким образом, величина сигнала на выходе ЦАП 36 "следит" за величиной сигнала на выходе блока 1, 10При нажатии кнопки 22 "Пуск" перебрасывается триггер 9 и логический "0" с его инверсного выхода снимает блокировку с регулятора 6 и разрешает работу ЦАП 36 по стробирующему импуль су с выхода элемента И 32. Логическая "1" с прямого выхода триггера 9 через элементы ИЛИ 13 и 1 ч подготавливает работу элементов И 17 и 18 и разрешает прохождение тактовых импульсов с Ю выхода генератора 12 через элемент И 19 на вход счетчика 30. Тактовые импульсы с генератора 12 поступают через ключ 21, элемент И 17 на суммирующий вход сцетчика 35 и через эле мент И 19 на вход счетчика 30, выходные коды которых начинают увеличиваться с одинаковой скоростью. Когда величина кода на выходе счетчика 30 станет равна величине кода на выходе за датчика 29 (4 Т, ) элемент 31 сравнения перебрасывается и логический "0" и задний Фронт перепада выходного сигнала с его инверсного выхода закрывают соответственно элемент И 19 и ключ 21, а логическая "1" его прямого выхода через элемент И 32 сбрасывает счетчик 30, записывает в счетчик 26 значение с, с выхода задатчика 25 и стробирует ЦАП 36, который преоб разует входной циФровой код в аналоговый сигнал и запоминает его до при" хода следующего стробирующего импульса. Регулятор 6 разогревает камеру термостата по появившемуся сигналу 45 разности между выходными сигналами блока 1 и ЦАП 36. После сброса счетчика 30 элемент 31 сравнения перебрасывается в исходное состояние и логическая "1" и передний логический фронт выходного сигнала с его инверсного выхода открывают соответственно эле" мент И 19 и клюц 21. Задний Фронт выходного сигнала элемента И 32 устанавливает на выходе задатцика 35 время выдержки 1 , После записи в счетчик 26 значения 1логический "0" с выхода дешифратора 27 закрывает элемент 32. 2 6Величины выходных кодов счетчиков30 и 35 под воздействием тактовых импульсов начинают снова возрастать содинаковой скоростью, И когда величина кода на выходе сцетцика 30 сновастанет оавна величине кода на выходезадатчика 29 (ЛТ,), элемент 31 сравнения перебрасывается, что приводитк закрытию элемента И 19, ключа 21 иподготовке к работе элемента И 32.После истецения времени выдержки первой ступени (1,) на выходе дешифратора 27 появляется логическая "1", которая через элемент И 32 стробируетЦАП 36, сбрасывает счетцик 30 и записывает в счетчик 26 значение ( Вдальнейшем регулятор снова разогревает камеру термостата (по вновь появившемуся сигналу разности между выходными сигналами блока 1 и ЦАП 36),элемент 31 сравнения перебрасываетсяв исходное состояние, что приводит коткрыванию .элемента И 19, клюца 21,записи на выход задатцика 25 значениявозрастанию величин кодов на выходе счетчиков 30 и 35 и т.д,Когда величина кода на выходе счетчика,35 сравняется с величиной кодана выходе задатцика 33, срабатываетэлемент 3 ч и нэ его выходе Формируется логический импульс, который меняетсостояние логических выходных сигналов делителя 20 на противоположные,закрывает ключ 21, устанавливает величину ступени охлаждения (ЬТ ) на выходе задатчика 29 и подготавливаетзадатчик 25 для работы по заложеннойв нем программе охлаждения (при этомна его выходе устанавливается значение времени выдержки 1 ), После сра 40 Хбатывания элемента 31 и появления логической н 1" на выходе дешифратора 27сбрасывается счетчик 30, записывается величина времени выдержки (6 1, )в счетчик 26, стробируется ЦАП 36(при этом на его выходе устанавливается аналоговая величина, соответствующая температуре Т возвращается висходное состояние элемент 31 сравне.ния, открывается ключ 21 и на выходезадатчика 25 устанавливается время выдержки первой ступени охлаждения(1, ). В связи с тем, что выходныелогические уровни на выходе делителя20 изменились на противоположные,тактовые импульсы поступают с выхода генератора 12 через ключ 21, элементИ О на выцитающий вход сцетчика 35и в дальнейшем происходит уменьшение кода на его выходе в соответствии с .заДанной программой задатциков 2, 7 При этом регулятор 6 охлаждает каме 5 ру термостата, так как в данном случае сигнал разности между выходными сигналами блока 1 и ЦАП 36 имеет противоположный знак. В остальном работа устройства аналогична работе при наг реве.1,огда коц на выходе счетцика достигнет значения, соответствующего значению Тз, импульс с выхода элемента 34 сравнения перебрасывает дели тель 20 в исходное состояниеПоложительный логический перепад с инвертирующего выхода делителя 20 воздействует через переклюцатель 24 (если он находится в режиме "Разовый" ) на вход схемы 10, которая формирует на выходе сигнал сброса а, приводя все устройство в исходное состояние.В случае, если переключатель 24 находится в режиме "Циклический", 25 происходит снова разогрев камеры термостата до третьего изотермического уровня (Тз) в соответствии с вновь заданной программой задатциков 25 и 29 и т.д. до остановки устройст- ЭО ва нажатием кнопки "Сброс". При использовании в качестве ЦАП 36 интегральной схемы К г 72 ПА 2 одна единица его младыего разряда будет соответствовать 01 С (если его максимальный выходной сигнал соответствует 409,6 С в камере термостата). Применяя ыестнадцатиразрядный ЦАП эта величина уменьшается до 0,00625 С.40 Таким образом, программный регулятор температуры позволяет воспроизводить режимы нагрева и, затем, охлаждения как ступенчатого (с любой величиной ступени, устанавливаемой задатциком 45 29),.так и линейного вида (когда величина ступени равна одной единицемладшего разряда ЦАП 36 с любой скоростью, определяемой задатчиком 25) а также, программируя соответствующим образом времл выдержки каждой ступени (с помощью задатчика 25) можно создавать практически любую форму кривой разогрева и охлаждения,Схемные реыения блоков 2 .- 5 позволяют наряду с возможностью задания линейного разогрева в широком диапазоне скоростей задавать также ступенчатый нагрев с широким диапазоном выбора величин ступеней или другие более сложные. 1 апример для задания нагрева по экспоненциальной кривой на задатчике величины ступеней необходимо установить минимальное значение, что соответствует одной единице младшего разряда ЦАП, а задатчик времени выдержки запрограммировать с возрастанием времени выдержки каждой последующей .ступени по экспоненциальной зависимости в соответствии с необходимой кривой нагрева, Устройство обеспечивает также возможность программного задания кривой охлаждения. Таким образом, расширяется область применения по сравнению с известными устройствами программного регулирования температуры,Введение в устройство компаратора и его связей приводит перед пуском устройства к автоматической установке на выходе ЦАП величины сигнала, соответствующей начальной температуре объекта регулирования, благодаря чему после нажатия кнопки 22 "Пуск" сразу начнется разогрев по заданному закону и не затрачивается время для выхода на нацальную иэотермицескую ступень, цто повыыает быстродействие.формула изобретенияУстройство для программного регулирования температуры, содержащее измеритель, блок управления, включающий в себя узел сброса и тактовый генератор, блок задания выдержки времени, блок задания скорости изменения температуры, блок уставок температур и регулятор, о т л и ч а ю ц е е с я тем, цто, с целью повышения быстродействия и расыирения области применения, блок управления дополнительно содержит триггер, инвертор, с первого по четвертый элементыИЛИтриэлемента И, делитель частоты, переключатель режимов, ключ, при этом первый вход триггера соединен с выходом узла сброса, второй вход триггера церез кнопку соединен с общей шиной а первый выход триггера является первым выходом блока управления, вход инвер" тора является первым входом блока управления первый вход первого элемента ИЛИ соединен с первым входом блока управленил, а второй вход первого элемента ИЛИ соединен с вторым выходом 1триггера, вход сброса делителя часто 151572ты соединен с выходом узла сброса, инФормационный вход делителя частотыявляется вторым входом Ьлока управления, а первый выход делителя частотычерез переключатель режимов соединенс первым входом узла сброса, первыйи второй управляющие входы ключа соединены соответственно с вторым и третьим входами блока управления, инфор 1 Омационный вход ключа соединен с выходом тактового генератора, а вход сброса ключа - с выходом узла сброса,первый вход первого элемента И соединен с третьим входом блока управления.5второй вход первого элемента И соединен с вторым выходом триггера, третийвход первого элемента И - с выходомтактового генератора, а выход первогоэлемента И является вторым выходомблока управления, входы второго элемента ИЛИ соединены с выходом инвертораи с вторым выходом триггера, входытретьего элемента ИЛИ соединены с первым выходом триггера и с первым выходом делителя частоты, входы второгоэлемента И соединены соответственнос выходом второго элемента ИЛИ, с выходом третьего элемента ИЛИ и с выхо"дом ключа а выход второго элемента ЗОИ является третьим выходом блока управления, входы четвертого элементаИЛИ соединены с первым выходом триггера и с вторым выходом делителя частоты, входы третьего элемента И соединены соответственно с выходом первого элемента ИЛИ, с выходом четвертого элемента ИЛИ и с выходом ключа,а выход третьего элемента И являетсячетвертым выходом блока управления, 4 Опричем выход тактового генератора ивыход сброса являются соответственнопятым выходом и выходом сброса блокауправления, Ьлок выдержки времени со"держит задатчик выдержки времени,ключ счетчик и дешифратор, при этомпервый и второй входы эадатчика явля"ются соответственно первым и вторымвходами блока выдержки времени, входключа является третьим входом блокавыдержки времени, тактовый вход счетчика соединен с выходом ключа, входзадания кода - с выходом задатчикавыдержки времени, вход установки счет-чика соединен с вторым входом блокавыдержки времени, вход дешифратора со"единен с выходом счетчика, а выход де"шифратора соединен с управляющим входом ключа и является выходом блока выдержки времени, блок задания скорос"ти изменения температуры содержит задатчик величины ступеней, счетчик,цифровой элемент сравнения и элементИ, при этом вход эадатчик величиныступеней является первым входом блока задания скорости изменения температуры, тактовый вход счетчика явля"ется вторым входом блока задания скорости изменения температуры, первыйи второй входы цифрового элементасравнения соединены с выходами соот"ветстеенно задатчика величины ступеней и счетчика, а первый выход является первым выходом блока задания скорости изменения температуры, первыйвход элемента И соединен с вторым выходом цифрового элемента сравнения,второй вход элемента И является третьим входом блока задания скоростиизменения температуры, выход элемента И соединен с входом установки счет"чика и является вторым выходом блоказадания скорости изменения температу"ры, блок уставок температуры содержитзадатчик иэотермических уровней реверсивный счетчик, цифровой элементсравнения, цифроаналоговый преобразователь и компаратор, при этом сумми"рующий и вычитающий входы реверсивного счетчика являются соответственнопервым и вторым входами блока уставоктемператур, первый и второй входы цифрового элемента сравнения соединены свыходами соответственно задатчика изотермических уровней и реверсивногосчетчика, а выход соединен с входомзадатчика изотермических уровней иявляется первым выходом блока устаеок температур, цифровой вход, цифро"аналогового преобразователя соединенс выходом реверсивного счетчика, входы стробирования и управления стробированием являются соответственно третьим и четвертым входами блока уставок температур, а выход цифроаналогового преобразователя является вторымвыходом блока уставок температур, первый вход компаратора соединен с выходом цифроаналогового преобразователя,второй вход компаратора является пя"тым входом блока уставок температуры,а выход компаратора - третьим выходомблока уставок температур, при этомблок управления соедин ен первым ехо"дом с третьим, а вторым входом с первым выходами блока уставок температур,третьим входом - с первым выходом блоСоставитель Л. ПтенцоваТехред М,Дидик Корректор Л. Патай Редактор Е, Папп Заказ 273 Тираж б 57 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Иосква, Н, Раувская наб д. 4/5 Производственно-издательский комбинат Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 191 11 15415 ка задания скорости изменения температур, блок выдержки времени первым входом соединен спервым выходом блока уставок температур, вторым входом с вторым выходом блока задания скорости5 измерения температур и третьим входомс пятым выходом блока управления, блок задания скорости изменения температур соединен первым входом с первым выхо дом блока уставок температур, вторым входом с вторым выходом блока управления и третьим входом - с выходом блока выдержки времени, блок уставок температур соединен первым входом с третьим и вторым входом с четвертымвыходами блока управления, третьимвходом - с вторым выходом блока задания скорости изменения температур,четвертым входом - с первым выходомблока управления, пятым входом - с выходом измерителя, регулятор первымвходом соединен с вторым выходом блока уставок температур, вторым входомс выходом измерителя, а входы блокировки - с первым выходом блока управления, входы сброса всех счетчиков изадатчиков соединены с выходом сбросаблока управления,