Устройство для регулирования температуры

. ВСЯК Коз. ТЕхиятг дябюро Ю.Ь 7 Уг"М ов, А.В.Золотухин, А,П.Иантул Л.Н.Ла Опытно 2) Заявители онструкторское технологическое зики АН Украиснкой ССР и ИнстиАН Украинской ССР еталло изи еталло 4) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАН ТЕМПЕРАТУРЪях диапазона точя значительно посняется ограниучастков характеобразующих контурастности датчиИзобретение относится к регулиров нию температуры и может быть использовано для обслуживания объектов, требующих высокой точности регулирования температурного режима в широком диапазоне по программе, в частности, в электрических печах сопротивления испытательных машин.Известно устройство для автоматического регулирования температуры, содержащее датчик программы, сумматор, измерительный блок, нуль-орган, со счетчиком импульсов, исполнительный орган и объект регулирования с подключенным к нему датчиком температуры, образующие контур регулирования 1.Однако это устройство не обеспечивает требуемой точности регулирования во всем возможном диапазоне изменения температур. Наибольшая точность регулирования возможна в сравнительно узком интервале температур, лежащем, как правило, в середине, а на краность регулнрованинижается, Это объяченностью линейныхристик элементов,регулирования, в чков температуры.На практике широкое применениенашли устройства для регулированиятемпературы, в которых предусматри 10вается возможность коррекпии программы регулирования в соответствии сзаконом изменения характеристик, входящих в их состав при относительнонесложном схемном и конструктивном15выполнении устройств.Наиболее близким к предлагаемомупо технической сущности является устройство для регулирования темпера 20туры, содержащее последовательно соединенные задающий генератор регулируемый элемент и преобразователь,подключенный выходом к одному из входов блока управления, второй входкоторого соединен с датчиком тем"пературы, установленным на объектерегулирования, соединенном с исполнительным органом. Сигнал от одногодатчика температуры поступает на блокуправления, а от другого - на регули.руемый элемент задатчика программы.Задание программы регулированияпроизводится изменением частоты импульсов задающего генератора, а коррекция программы - вследствие изменения длительности импульсов по сигналамвторого датчика температуры. Такоерешение позволяет улучшить точностьрегулирования температуры при наличиитеплопотерь 121.Недостатком данного устройства является то, что коррекция программы регулирования осуществляется беэ учетанелинейностей характеристик датчиковтемпературы, их старения и вариацийусловий нагревания объекта. Крометого, для качественного регулирования,оба датчика температуры должны обладать идентичными характеристиками,что на практике является труднодостижимым,Цель изобретения - повышение точности регулирования.Работа предлагаемого устройстваоснована на том, что закон изменениясигнала задатчика проводится в соответствии закону изменения сигналадатчика обратной связи. Тогда справедливо выражение для скорости изменения температуры объекта - - =сопз 11ДТкоторая зависит от скорости изменения задания, выбранной скорости нагрева.В начале импульс мощности производит регулирующее воздействие на объ.ект, сигнал задатчика выводит регулятор из равновесия.Температура объекта изменяется,изменяется сигнал датчика температуры.Время поступления сигнала обрат"ной связи по отношению к моменту появления сигнала задания - зто времяреакции объекта на регулирующее воздействие, т.е. постоянная времениобъекта с . 11 ри этом ЕЪб. Едатч= И , гдеба - сигнал задатчика,Ъбф,- сигнал датчика температуры.Д сыч.11 ри соблюдении условия ЬБ=чаг 1 а регулятор стремится подаватьэто отклонение соответствующей ребТакцией, т,е. тогда скорость у в ФФсопзС и закон изменения темйерату-ры соответствует закону изменениясигнала датчика - его характеристике.Предлагаемое устройство обладает свойствами подстраивать закон изменения задания под закон изменениясигнала датчика температуры. Этовозможно вследствие того, что система регулирования обладает опреде-.1 О ленной постоянной времени с , кото.рая в термических устройствах на"-Экодится в пределах 10 -10 с и ьолее, а скорость реакции контура настройки задания находится в преде лах быстродействия электронных схем(10 -10 4 с), т.е. на 10 -10 выше,3 9Таким образом, электронная схема всегда успеет подкорректироватьзадание до того, как термическаяЙТ 20 система вьпЪдет из режима - =сопзййДля .того чтобы система эа счет быстрого реагирования электронной схемы не входила в автоколебательныйрежим задается определенный порог 25 зоны нечувствительности, который соответствует заданной ошибке слежения за условием=сопз 1.ат 30 35 40 45 50 55 Поставленная цель достигается тем, что устройство для регулирования температуры, содержащее йоследова" тельно соединенные задающий генератор, регулируемый элемент, например делитель частоты, и первый Функциональный преобразователь, подключенный выходом к одному из входов блока управления, второй вход которого соединен с датчиком температуры, установленным на объекте регулирования, соединенном с исполнительным органсМ, содержит нуль-орган, реле времени, последовательно соединенные источник опорного напряжения, сумматор, второй функциональный преобразователь, а также полярночувствительные реле, выходы которых связаны с вторым и третьим входами сумматора, входы - выходами нуль" органа, вход которого подключен к первому выходу блока управления, второй выход которого соединен с первым входом реле времени, второй вход которого связан с выходом ис" точника опорного напряжения, а вы" ход реле времени - со входом исполнительного органа, причем выход второго функционального преобразователя связан с управляющим входом регулируемого элемента87749 Такое схемное решение устройства для регулирования температуры обеспечивает аппроксимацию нелинейных участков характеристик датчиков температуры и коррекцию программы регулирования в соответствии с законом изменения этих характеристик.На чертеже приведена блок-схема устройства для регулирования температуры. 0Устройство содержит задатчик 1 программы, в состав которого вводят последовательно соединенные задающий генератор 2, регулируемьй элемент 3, например управляемый кодом дели- н тель частоты, первый Функциональный преобразователь 4 (цифроаналоговый преобразователь)Блок 5 управления выполнен по схеме высокоточного регулятора тем ф пературы и содержит сумматор 6, измерительный усилитель 7 и регулятор 8. Входы сумматора 6 рассматриваются как входы блока 5 управления, один из которых подключен к выходу 23 .преобразователя 4, а второй соединен с датчиком 9 температуры ( термопарой), установленным на объекте .10 регулирования.Исполнительный орган 11 содержит ,например, блок управления тиристо" рами, подключенный к первичной обмотке силового трансформатора, вторичная обмотка которого соединена с нагревателем электропечи.С исполнительным органом 11 через контакты реле 12 времени соединены выходы источника 13 опорного напряжения и регулятора 8 блока 5 управления, Выход регулятора является первым выхо 40 дом блока 5 управления, второй выход которого (выход измерительного усилителя 7) подключен ко входу нуль-органа 14.К выходам нуль-органа 14 подключе 4 ны два полярночувствительные реле 15 и 16, Первый вход сумматора 17 соединен с выходом источника опорного напряжения, а два входа (суммирующий и вычитающий) сумматора соединены соответственно с выходами полярночувЮ ствительных реле 15 и 16. Выход сумматора 17 подключен ко второму функциональному преобразователю 18, выполненному по схеме аналого-цифрового преобразователя и соединенному выходом с одним из входов регулируемого элемента 3 задатчика 1 программы. бУстройство для регулирования температуры работает следующим образом.Начало цикла регулирования опреде"ляется моментом поступления команды"Пуск" на реле 12 времени. Реле 12срабатывает и через его нормальноразомкнутые контакты источник 13 опорного напряжения подключается к исполнительному органу 11. На объекте10 регулирования производится установленное воздействие, например, импульсом тепловой мощности. Длительность этого импульса определяется временем задержки реле 12. Величина времени определяется заранее на основании опытных данных для каждогоисследуемого образца материала. Онаучитывает теплоизическне свойстваи инерционность объекта 10 нагревания и необходима для того, чтобы вмомент начала регулирования податьк объекту 10 нормированный импульстепловой мощности, соответствующийего начальной теплоемкости (также определяемый заранее), и ограничитьдействие этого импульса по времени,чтобы не допустить перегрева объекта 10.Датчик 9 и измерительный усилитель 7 непрерывно измеряют величинуотклонения регулируемого параметра,при этом вырабатывается сигнал рассогласования со знаком плюс, так какна выходе задатчика 1 напряжениепрограммы отсутствует.Сигнал с выхода измерительногоусилителя 7 поступает на вход регулятора 8, приводя его в состояние,соответствующее температуре объек-;та 10,Однако на исполнительный орган 11 регулятор 8 влияния не оказывает, так как контур регулирования разомкнут контактами реле 12 времени.Одновременно нарастающее но мере разогрева объекта 10 напряжение с выхода измерительного усилителя 1 но" ступает на вход нуль-органа 14, имеющего заданную определенную зону нечувствительности. При превышении сигналом рассогласования зоны нечувствительности в сторону верхнего предела ограничения срабатывает поляр 1 11 ночувствитгльное. реле плюс 15, которое своими нормально разомкнуты-. ми контактами (не показано) включает задающий генератор 2 задатчика 1 программы, В генераторе 2 предус"мотрена самоблокировка от повторныхвключений, поэтому дальнейшие вариации состояния реле 15 не оказываютвлияния на работу генератора 2,Напряжение с выхода задающего генератора 2 поступает на управляемый кодом делитель 3 частоты, навторой вход которого поступает сигнал с выхода аналого-цифрового пре"образователя 18, являющийся функцией алгебраической суммы величин опорного напряжения с выхода источника13 опорного напряжения и сигналарассогласования, измеренного усилителем 7,Цифровой код с выхода аналого- .цифрового преобразователя 18 управляет коэффициентом деления управляемого кодом делителя 3 частоты, и такимобразом, осуществляется коррекцияпрограммы регулирования.Сигналы с выхода, целителя 3 частоты поступают на цифроаналоговыйпреобразователь 4 который целесообразно выполнять реверсивным дляосуществления режимов нагрева иохлаждения.С выхода информационного преобразователя 4 скорректированное напряже.ние программы поступает на один извходов сумматора 6 блока 5 управления, на второй вход которого поступает сигнал от датчика 9 температуры. С выхода сумматора 6 разностныйсигнал поступает на измерительныйусилитель 7 и далее на регулятор 8,К этому моменту реле 12 времени,отработав заданную временную задержку, возвращается в начальное состояние, при котором замыкается контур регулирования температуры объекта 10, т,е. ко входу исполнительного органа 11 через нормально замкнутые контакты реле 12 подключаетсявыход регулятора 8, а источник 13опорного напряжения соответственноотключается. В результате указанныхпереключений устройство для регули-рования температуры выходит на ра"бочий режим плавно, без значительных выбросов регулирования.В установившемся режиме регулирования значение кода преобразователя18 определяется алгебраической сум"мой источника 13 опорного напряженияи одного из выходов нуль-органа 14При превышении зоны нечувствительно"сти нуль-органа 14 срабатывает одно/и 3из полярночувствительных релеплюс 3 10 15 20 23 ЭО 3 40 4 50 И 15 или ",минус" 16) и сигнал рассогласования суммируется с сигналом источника 13 опорного напряжения.При превышении сигналом рассогласования верхнего уровня эоны нечувствительности нуль-органа 14 срабатываетреле 15 и величина напряяения на входе второго Функционального преобразователя 18 складывается из напря жения О источника 13 опорного напряжения (величина которого устгнавливается в зависимости от требуемой скорости линейного нагрева) и напряжения разбаланса +ьО.Таким образом, сумма этих напряжений равна Ос=Ц+д О ) Оо. При этом значение кода преобразователя 18 возрастает, соответственно ему увеличивается коэффициент деления управляемого кодом делителя 3 частоты и частота напряжения на входе преобразователя 4, а следовательно, сигнал на входе сумматора 6 уменьшается.Это происходит до тех пор, пока величина разбапанса +ЬО на входе нуль-органа 14 не установится в пределах зоны нечувствительности, при этом реле 15 отключается и на пре- образователь 18 воздействует только сигнал О о с выхода источника 13 опорного напряжения, т.е. коэффициент деления управляемого кодом делителя 3 частоты будет соответствовать номинальному,11 ри превышении сигналом рассогласования нижнего уровня зоны нечувствительности нуль-органа 14 срабатывает реле 16 и происходит алгебраическое суммирование вида 0=0-ДО (00 пока этот сигнал раэбаланса - ЬО снова не установится в зоне нечувствительности нуль-органа 14.Таким образом, предлагаемое устройство обладает свойством автоматического выхода на рабочий режим без значительного перерегулирования, способностью аппроксимации нелинейных участков характеристик датчиков температуры и возможностью слежения эа этой характеристикой с высокой точностью. При этом режим слежения осуществляется методом постепенных приближений, что устраняет самовозбуждение устройства при больших скоростях нагрева, малой инерционности объекта регулирования и значительной нелинейности датчика температуры.9 87Кроме того, если произойдет обрыв или короткое замыкание в цепи датчика 9 обратной связи, система перейдет в режим самоблокировки зэдатчика по цепи 6, 7, 14, 15, 7, 18, 3, 4, что предотвращает аварийный режим исполнительного органа 11 изза неуправляемого нагрева.формула изобретенияУстройство для регулирования температуры, содержащее последовательно соединенные задающий генератор, регулируемый элемент, например, усилитель частоты, и первый функциональный преобразователь, подключенный выходом к одному из входов блока управления, второй вход которого соединен с датчиком температуры, установленным на объекте регулирования, соединенном с исполнительным органом, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьппения точности регулирования, оно содержит нуль 7491 10орган, реле времени последовательно соединенные источник опорного напряжения, сумматор, второй функциональный преобразователь, а также р голярночувствительные реле, выходыкоторых связаны с вторым и третьимвходами сумматора, входы - с выходами нуль-органа, вход которого подключен к первому выходу блока управ ления, второй выход которого соединен с первым входом реле времени,второй вход которого связан с выходом источника опорного напряжения,.а выход реле времени - со входом ис- И полнительного органа, причем выходвторого функционального преобразователя связан с управляющим входом регулируемого элемента. 26 Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР9 224933, кл. Ь 05 О 23/22, 1960.2. Авторское свидетельство СССРфф М 533920, кл. О 05 О 23/22, 1974877491 Составитель Л.ПтенцоваИ.Ковач Техред;Ж.Кастелевич Корректор,Е Реда Заказ Патент , г. Ужгород, ул Проектная, 4 56 Тираж 943ВНИИПИ Государственного комипо делам изобретений и о113035, Москва, Ж, Раушс 11 ъдписнета СССРрытийя наб., д. 4