Устройство для регулирования температуры

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскинСоциалистическихРеспублик(51) М. Кл,с присоединением заявки Ле Ст 053 23/19 Государственный комитет(23) Приоритет Опубликовано 30, 12.80 Бюллетень Зад 48 но делам изобретений и открытий(53) УДК 621. .555,6(088.8) Дата опубликования описания 02.01.81 В. И. Устинов, Е. В. Горохов, Ю. В. Винокуров и В. И. Грызенков(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ. Изобретение относится к области реГулирования температуры с использованием электрических средств и может быть использовано в различных областях промышленности, в частности при автоматизации технологических процессов для под держания заданного уровня температуры с очень высокой степенью точности. Подобные устройства возникли в связи с повышенными требованиями к качеству10 продукции. Их применение увеличивает выход годной продукции,.сокращает сроки изготовления продукции повышенного качества.Широко известны устройства, в кото 5 рых поддерживается температура в пределах зоны нечувствительности. Известно устройство для автоматического регулирования температурыЯсодержащее датчик, задатчик, блок сравнения, ключ, нуль-орган, реверсивный счетчик, форсирующее устройство, первый генератор, второй генератор, исполнительное устройство, электронагреватель. Недостатком подобного устройства является наличие ошибки регулирования даже при стабильных внешних условиях.Из известных устройств наиболее близкой по технической сущности является система автоматического рет улирования температуры 121.Данное устройство имеет схему выработки двух типов сигнала, сдвигающий регистр, генератор импульсов, схему выработки импульсов в момент перехода напряжения сети через нуль, несколько схем запуска тиристоров, несколько силовых тиристорных ключей, трансформатор с несколькими отводами, схему, выра.- батывающую сигналы, соответствующие заданной температуре, нагреватель, схему запуска, заставляющие силовые тиристор ные ключи запускаться только при переходе напряжения сети через нуль, выклточатель силового питания при перегреве.К недостаткам устройства можно отнести наличие дополнительных составляющих ошибки в поддержании заданного3 79уровня температуры и сложность технического выполнения.Целью изобретения является увеличение точности устройства.Поставленная цель достигается тем,что устройство для регулирования температуры содержит блок изменения углаотсечки и последовательно соединенныевторой эадатчик температуры, второйблок сравнения и блок управления угломотсечки, второй вход которого соединенс выходом первого блока сравнения ивторым входом второго блока сравнения,третий вход - с выходом генератора импульсов, а выход блока управления угломотсечки соединен с вторым входом реверсивного счетчике, выход которого связанс первым входом блока изменения углаотсечки, второй вход .которого подключенк выходу блоха синхронизации, а выходк входу блока запуска тиристоров, причемвторой выход блока измерения температуры связан с третьим входом второгоблока сравнения, блок управления угломотсечки содержит последовательно сое,диненные триггер и первый элемент И,выход которого связан с выходом блока,второй и третий входы первого элемента И соединены соответственно с первыми третьим входами блока, а вход триггера - с вторым входом, второй блоксравнения содержит последовательно соединенные компаратор и второй элемент И,выход которого связан с выходом блока,входы компаратора соединены с первыми третьим входами блока, с вторым входом которого связан второй вход второгоэлемента И, а также тем, что,с цельюупрощения, блок изменения угла отсечкисодержит последовательно соединенныегенератор, счетчик, нуль-орган и одновибратор, выход которого связан с выходом блока, второй вход нуль-органа соединен с первым входом блока, второйвход которого связан с вторым входомсчетчика,На фнг. 3. представлено устройстводля регулирования температуры; нафиг2 - блок управления углом отсечки,на фиг, 3. - второй блок сравнения; нафиг. 4 блок изменения угла отсечки,Устройство содержит второй блок 1сравнения, первый блок 2 сравнения,блох 3 измерения температуры, нагреватель 4, генератор 5 импульсов, блок 6управления углом отсечки, коммутатор 7,тиристорный ключ 8, реверсивный счетчик 9, .блок 10 изменения угла отсечки,блок 11 синхронизации, блок 12 запуска2225 атиристоров, первый эадатчик 13 температуры и второй задатчик 14 температуры.Блок 6 управления углом отсечки содержит триггер 15 и первый элемент И 16.Блок 1 сравнения содержит комператор 17 и второй элемент И 18. ЗО В устройстве для регулирования температуры используются сигналы Ж и Й определяемые следующим образом. СигБлок 10 изменения угла отсечки содержит генеретор 19, нуль-орган 20,счетчик 21 и одновибратор 22.На фиг, 2, - 4 приняты следующиебуквенные обозначения:- последовательность импульсов,поступающих на счетный вход 20 реверсивного счетчика 9;Ц - сигнал управления направлениемреверсивного счетчика 9;- потенциальные выходы реверсивного счетчика 9;25Ь - потенциальные выходы счетчика 24;Ъ 1 - сигнал записи фиксировенногочисла в реверсивный счетчик 9,сигнал о действительной температуре;ОЗ - сигнал о заданной температуре;0 - сигнал о заданной температуре,отличающийся на зону иечувствитепьностифМ импульсы запуска тиристоров;- мощные импульсы запуска тиристоров;ИЧ - импульсы начальной установкичисла в счетчике 21;Ь - напряжение, поступающее нанагреватели;.С - сигнал равенства;Ю - сигнал о равенстве действительной и заданной температуры;- сигнал о превышении заданнойтемпературы на величину Ь Т;М. - сигнал об аварийном перегреве;р - напряжение силового питания,выключающееея при аварийном Юперегреве;Ь - сигнал установки триггера висходное состояние при включении питания.Устройство для регулирования температурой работает следующим образом.5 7 нал И имеет два логических состояния, описываемые следующим выражением:0, еслиТ (сложение)1, если +- :т (вычитание), где- заданная температураобъекта;1-- действительная температура объекта.Сигналописывается следующим выражением:1, если 1 =т0, сли ЕФТСигнал И используется для управления направлением счета реверсивного с-етчика 9. Сигнал О, используется для разрешения подачи на счетный вход реверсивного счетчика 9 последовательности импульсов М , определяемой соотношением;С+1 ) если 3 фут=О 1 если з,=1 (3)Выражение (3) справедливо, когда первоначальная температура достигнута, Как следует нз соотношений (1) и (3) в реверсивном счетчике 9 хранится записанное число, которое складывается или вычитается с последовательностью в зависимости от соотношения действительнойи заданнойтемператур. В случае равенства действительной и заданной температур ( - = " ) на счетный вход реверсивного счетчика 9 импульсы не поступают, в реверсивном счетчике 9 хранится накопленное число, полученное при достижении заданной температуры. При внешних возмущениях (изменении питающих напряжений, внещ-, ных условий и т,д.) нарушается равенство температур, импульсы й поступают на счетный вход реверсивного счетчика 9, изменяя накопленное в нем число в необходимом найравлении до получения нового равновесного состояния. 92225 бнуля. Содержимое реверсивного счетчика 9 и счетчика 21 поступает на нульорган 20. В результате сравнения числа,записанного в реверсивном счетчике 9 споследовательностью чисел счетчика 21на выходе нуль-органа 20,вырабатывается сигннал С определяющий угсл зажигания тиристоров. Этот сигнал образуется на выходе нуль-органа 20 при равен 16 стве чисел, поступающих от реверсивного счетчика 9 и счетчика 2 1.Изменение накопленного числа в реверсивном счетчике 9 приводит к изменениюугла зажигания тиристоров тиристорного15 ключа 8,Получению информации о фазовом перемещении угла отсечки служит блок 10 изменения угла отсечки,(фиг 4) . Схема работает следующим образом. На счетный вход счетчика 21 поступают импульсы от генератора 19. На установочный вход счетчика 21 подаются импульсы Ос. Импульсы Ю формируются каждый раэ, когда амплитуда питающего напряжения сети равна нулю. Каждый импульс из последовательности )Ъ устанавливает в счетчике 21 заранее выбранное фиксированное число, Последовательность импульсовот генератора 19 вычитается иэ фиксированного числа, записанного в счетчике 21, уменьшая его содержимое до Таким образом, происходит регулированиетемпературы объекта управления. Качество регулирования температуры зависит от выбранного диапазона частот Ю 120генератора,з импульсов. Задача выборадиапазона частот Х решается в теорииавтоматического регулирования.Как следует из описания принципа 2действия заявляемое устройство для регулирования температуры в отличие отпрототипа имеет долговременное устойчивое равновесное состояние, которое достигается в системе применением блока 6 управления углом отсечки схемы Зо выработки сигнала о равенстве действительной и заданной температур и соответствующим выбором объема счетчика 21импульсов блока 10 изменения угла отсечки.35 Далее будет рассмотрен вариантпрактического исполнения блока б управления углом отсечки и выработки сигнала о равенстве действительной и заданной температур и приведены критерии вы О бора объема счетчика 21 импульсов блока. Блок управления углом отсечки, приведенный на фиг. 2, работает следующимобразом. При включении питания триггер16 устанавливается в исходное состоя- М ние, запрещающее прохождение импульсов 1 через первый элемент И 16.Триггер 15 устанавливается в состояние,разрешающее прохождение импульсовпри 6 .т, т,е. М/ =1, Таким обра 5 р зом от момента включения до момЬнтадостижения заданной температуры насчетный вход реверсивного счетчика 9не поступают импульсы с генератора 5импульсов, а благодаря записи различныхфиксированных чисел в реверсивный счетчик 9 (в функции от времени) достигается нагрев по любому заданному закону,Подобным техническим решением достигается обеспечение наиболее быстрогодостижения заданной температуры припервоначальном включении, После достижения заданной температуры работе реверсивного счетчика 9 определяетсясигналами Ю и И, которые определенывыражениями (1) и (3).Ниже будет рессмотрена работа устройства при подцержании заданного уровня температурь 1 в случаях, когда) ;., т.е. заданная температурабольше действительной;Т, т.е. заданная температураРавна действительной;1 , т.е. заданная температураменьше действительной,В первом случае (Ю -О, М = 1 ).Сигна, Ю =О определяет операциюсложения, Последовательность импульсовс первого элемента И 16 поступает насчетный вход реверсивного счетчика 9.В результате увеличения числа в реверсивном счетчике 9 на выходе нульоргана 20 уменьшается угол отсечкиимпульса запуска тиристоров тиристорного:ключа 8, что приводит к увеличению напряжения, подаваемого на нагреветель 4, Таким образом, для рассмат,риваемого случая; когда11- в системе создаются условия, при которых .повышаетсяВо втором случае (%1,Й - 0) вреверсивном счетчике 9 хранится число,накопленное им до получения равновесного состояния. Угол отсечки включения тиристоров не изменяется, следовательно,не изменяется и напряжение, подаваемоена нагреватель 4.Таким образом, для случая =фтв устройстве создаются условия длл поддержания заданного уровня температуры.В третьем случае ( %-"1, Й"-1) сигнал Ю -1 определяет операцию вычитания импульсов Й в реверсивном счетчике 9,Вреэультате уменьшения числа в реверсивном счетчике 9 увеличивается угол отсечкивключения тиристоров тиристорного ключа 8,что приводит к уменьшению напряжения,подаваемого .на нагреватель 4. Такимобразом, для случая1 =Т в системесоздаются условия, при которых ;уменьшается.Второй блок 1 сревнения (фиг.З) выделяет сигнал М, описываемый выражением (2), Выработка сигнала Юдостигается применением второго элементе И 18 и компаратора 17, порогсрабатывания которого отличается отпорога первого блока 2 сревненил натребуемую зону нечувствительности. Компаратор 17 вырабатывает сигнал Ч , опис ываемый следующим выражением:1 если Фт 7 ь+ЬФО если 6ЛЛФИКак следует из описания принципе действия второго блока 1 сравнения, блока 6 управления углом отсечки в заявляемой системе обеспечено необходимое условие для получения долговременногоа равновесного состояния. Однако без правильного выбора объема счетчика 21 это условие является недостаточным. Очевидно, что для получения долговременного равновесного состояния требуется выбира;ь необходимый угол отсечки для включения тиристоров тиристорного ключа 8. Для обеспечения всего рабочего диапазона температур желательно иметь непрерывную регулировочную характеристику. В дискретных системах это может быть достигнуто высокой степенью аппроксимации непрерывной регулировочной.хе рактеристики, Степень аппроксимации в заявляемом устройстве определяется заданным объемом информации (количеством разрядов в счетчике 21),Таким обрезом, в заявляемом устройстве для регулирования температуры обеспечены необходимые и достаточные условия для получения долговременного равговесного состояния,В то время как в прототипе дополнительные составляющие ошибки поддержания заданной температуры возникают изэа применения схемы выработки двухуровневого сигнала и схемы питания нагревателя ступенчатым напряжением, приводящих к отсутствию устойчивого равновесного состояния. В схеме происходитрегулирование температуры даже при от-.сутствии внешних возмущений, что приводит к появлению дополнительных составляющих ошибки поддержанчя заданнойтемпературы,Заявляемое устройство для регулирования температуры является менее сложным по сравнению, с прототипом,В устройствах для регулирования температуры, использующих для управлениянепосредственно сигналы Ф и Ф или Фнельзя получит" интегральный закон регулирования, Для достижения этой целив прототипе используется сдвигающийрегистр, включающий поочередно тирис-.торные ключи, подающие силовое напряжение сети в виде ступень на нагреватель, при этом для получения ступенчатого напряжения используется силовойтрансформатор с несколькими отводеми.9 79 В заявляемой системе эта цель достиге ется, как показано выше, иначе. Благодаря построению указанных выше схем в заявляемой системе исключен трансформатор с пятью отводами, исключены четыре схемы пуска тиристоров и четыре силовых тиристорных ключа.В заявляемом устройстве достигается первоначальный нагрев по заданному закону благодаря записи фиксированного числа в реверсивный счетчик 9 и работе триггера 15. Это позволяет исключить применение управляемого генератора, имеющегося в прототипе.Заявляемое устройство выполнено на интегральных элементах промышленных серий, что дает возможность освоить его выпуск в серийном производстве.формула изобретения1. Устройство для регулирования темпера 1 уры, содержащее генератор импульсов, блок синхронизации, блок запуска тиристоров, последовательно соединенные первый зедатчик температуры, первый блок сравнения и реверсивный счетчик, последовательно соединенные блок измерения температуры, коммутатор, ткристорный ключ и кагреватель, причем второй выход блока измерения температуры соединен с вторым входом первого блока сравнения, а выход блока запуска тиристоров - с вторым входом тиристорного ключа,отличающееся тем, что, с целью увеличения точности устройства, оно содержит блок изменения угла отсечки и последовательно соединеккые второй зедатчик температуры, второй блок сравнения и блок управления углом отсечки, второй вход которого соединен с выходом первого блока сравнения и вторым входом второго блока сравнения, третий вход - с выходом генератора им 2225 10пульсов, а выход блоке управления угломотсечки соединен с вторым входомреверсивного счетчика, выход которогосвязан с первым входом блоке измененияугла отсечки, второй вход которого подключен к выходу блока синхронизации,а выход - к входу блока запуска тиристоров, причем второй выход блока измерения.температуры связан с третьим входомвторого блока сравнения.2. Устройство по и. 1, о т л и ч а юш е е с я тем, что блок управленияуглом отсечки содержит последовательносоединенные триггер и первый элемент И,выход которого связан с выходом блока,второй и третий входы первого элемента И соединены соответственно с первыми третьим входами блока, е вход триггера - с вторым входом,3. Устройство по и, 1, о т л и ч а юш е е с я тем, что второй блок сравкекия содержит последователько соединенные комператор и второй элемент И, выход которого связан с,выходом блока,входы компаретора соединены с первыми третьим входами блока, с вторым входом которого связан второй вход второгоэлемента И.4. Устройство по и. 1, о т л и ч а ю.ш е е с я тем, что, с целью упрошекияблок изменения ут ла отсе ки содержитпоследовательно соединенные генератор,счетчик, нуль-орган и одковнбратор, выход которого связан с выходом блока,второй вход нуль-органе соединек с первым входом блока, второй вход которогосвязан с вторым входом счетчика,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР Мо 224933, кл, 0 г 05 Д23/19, 3.967. 2. Акцектованная заявка Великобритании М 126163, кл Ь 3 3 опублик.792225 Фиг Составитель С, Стрелецкийва Техред ЕГаврилешко Корректор Г. Решетник,едактор Н. Сух аз 9432/47 ал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектна Тираж 986 НИИПИ Государственного по делам изобретений ЗОЗ 5, И сна, Ж-ЗБ, Р