DD294113A5 - Temperaturregeleinrichtung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Temperaturregelvorrichtung zur automatischen Regelung unterschiedlichster waermetechnischer/kaeltetechnischer Prozesse. Um mit relativ einfachen Mitteln eine hoehere Regelgenauigkeit zu erreichen, enthaelt die erfindungsgemaesze Temperaturregeleinheit einen Temperaturgeber 1, an den eine Differenziereinheit 3 angeschlossen ist, die mit einem Signalformer 5 des Signals fuer die Abweichung des Istwertes vom Sollwert der Temperaturaenderungsgeschwindigkeit verbunden ist; einen Signalformer 13 fuer die Abweichung des Istwertes vom Sollwert der Temperatur und eine Steuereinheit 11, die mit einem Temperatureinsteller 15 und einem Temperaturaenderungsgeschwindigkeitseinsteller 7 verbunden ist. Mit Abweichungssignalformen 5, 13 ist ein Summierer 9 verbunden, an den ein Nullkomparator 23 und ein Steuersignalformer 22 gelegt sind, die mit einem zur Einwirkung auf das Steuerobjekt vorgesehenen Stellorgan 26 verbunden sind. Fig. 1{Temperaturregeleinrichtung; Temperaturaenderungsgeschwindigkeit; Temperaturabweichung; Differenziereinheit; Abweichungssignalformer (Geber); Nullkomparator; Steuersignalgeber; Stellorgan}

Description

Es ist ein programmgesteuerter Temperaturregler (SU, A, 1091138) bekannt, der einen Temperaturgeber und einen Stabiüsierungstemperatur-Elnsteller, die in Brünkenschaltung liegen, und einen Gleichstromverstärker enthält, der mit der Meßdiagonale der Brücke verbunden und Ober einen Widerstand an den Eingang einer Steuereinheit angeschlossen ist, die mit

einer Reihenschaltung aus einem Thyristor-Regelorgan und einem Erhitzer gekoppelt ist, An den Gleichstromverstärker und die

Steuereinheit ist eine Temperaturänderungsgeschwindigkeits-Regeleinheit angeschaltet, die mit einem Erzeuger einer sich

nach dem linearen Gesetz ändernden Spannung verbunden ist.

Der bekannte programmgesteuerte Temperaturregler steuert den Prozeß der Temperaturänderung In zwei Betriebsarten - in der Betriebsart zur Temperaturstabilisierung und in der Betriebsart zurTemperaturänderungsgeschwindigkeitsstabilisierung-die

durch Abtrennung eines Signals einer Abweichung des Istwertes von dem sich linear ändernden Sollwert der Temperatur

realisiert wird. Hierbei findet der Übergang von der Betriebsart der Temperaturänderungsgeschwindigkeitsstabilisierung zur

Betriebsart der Temperaturstabilisierung statt, sobald das Signal in der Meßdiagonale der Brücke den minimalen Sollwert

erreicht hat.

Die Betriebsart zur Temperaturstabilisierung wird bei der Verwendung der Spannung der Meßdiagonale der Brücke als Abweichungssignal implementiert. Das erzeugte Signal der Abweichung des Istwertes von dem durch den Spannungserzeuger vorgegebenen Wert der Temperatur

oder die Spannung der Meßdiagonale der Brücke wirkt nach der Verarbeitung in der Steuereinheit auf das Regelorgan, ein, auf dessen Signal sich die am Erhitzer entwickelte Leistung ändert.

Im bekannten programmgesteuerten Temperaturregler ist die Einsatzmöglichkeit für eine begrenzte Art von Programmen

vorgesehen, die eine Temperaturstabilisierung und eine Erhitzung mit einer Sollgeschwindigkeit beinhalten, wr s dessen

Anwendungsbereich einengt, weil in einer Reihe von Fällen auch eine Abkühlung mit einer Sollgeschwindigkeit geboten ist. Darüber hinaus wird der bekannte programmgesteuerte Regler durch eine recht große Übergangszelt und eine niedrige Genauigkeit im Beharrungsbetrieb gekennzeichnet, was auf einen dauerhaften Vorgang der Einstellung einer ungefähren Gleichheit von Potentialen an den Eingängen der Temperaturänderungsgeschwindigkeits-Regeleinheit zurückzuführen ist. Dieser Vorgang wird seinerseits durch einen Schwingungscharakter von Thermogrammen, besonders in trägh6itsbehafteten Steuerobjekten, charakterisiert. Es ist auch eine Temperaturregeleinrichtung (SU, A, 1072015) bekannt, die einen zur Unterbringung im Steuerobjekt

vorgesehenen Temperaturgeber, an den mit ihrom Eingang eine Differenziereinheit angeschlossen ist, an deren Ausgang ein

Eingang eines Formers des Signals einer Abweichung des Istwertes vom Sollwert der Temperaturänderungsgeschwindigkeit

angelegt ist, dessen anderer Eingang mit einem Temperaturänderungsgeschwindigkeits-Einsteller verbunden ist, einen Former des Signals einer Abweichung des Istwertes vom Sollwert der Temperatur, der mit einem Temperaturgeber und einem

Temperatureinsteller gekoppelt ist, und einen Steuersignalformer enthält, der elektrisch mit dem Former des Signals einer Abweicnung des Istweros vom Sollwert der Temperatur und dem Former des Signals einer Abweichung des Momentanwertes

vom Sollwert der Temperaturänderungsgeschwindigkeit verbunden und dessen Ausgang mit einem Steuereingang eines zur

Einwirkung auf das Steuerobjekt bestimmten Stellorgans gekoppelt Ist. Der in der bekannten Einrichtung in Form eines Widerstandsthermometers ausgeführte Temperaturgeber und der Temperatureinsteller liegen in einer Brückenschaltung, an deren Meßdiagonale ein Signal einer Abweichung des Istwertes vom Sollwert der Temperatur erzeugt wird. An den Ausgang des Formers des Signals einer Abweichung des Istwertes vom Sollwert

der Temperatur ist der Eingang eines Differentialverstärkers angeschlossen, dessen Ausgang mit dem Steuersignalformer verbunden ist, der aus einem Impulsbreitenmodulator, einem Impulserzeuger, einem Sägezahnspannungsgenerator und einer

Koinzidenzschaltung aufgebaut ist. Das Signal einer Abweichung des Istwertes vom Sollwert der Temperatur trifft zugleich an den Eingängen der Differenziereinheit

und des Differentialverstärkers ein. Vom Ausgang der Differenziereinheit gelangt das Signal auf den Eingang des

Impulsbreitenmodulators, von dessen Ausgang eine durch die Sägezahnspannung durchmodulierte Impulsreihe auf einen Eingang der Koinzidenzschaltung gelangt, an deren anderem Eingang Signale vom Ausgang des Formers des Signals einer Abweichung des Istwertes vom Sollwert der Temperaturänderungsgeschwindigkeit ankommen. Im Vorgang der Regelung der Temperaturänderungsgeschwindigkoit nach dem linearen Gesetz erfolgt die Regelung bei der Vorgabe eines neuen Stabilisierungstemperaturwertes praktisch unter Benutzung nur de» Signals der Abweichung des Istwertes

vom Sollwert der Temperaturänderungsgeschwindigkeit.

Falls sich der Istwert der Temperatur dem Sollwert nähert, geht die Einrichtung zur Betriebsart der Temperaturstabilisierung

über, und das Signal der Abweichung des Istwertes vom Sollwert der Temperaturänderungsgeschwindigkeit wird bei der

Regelung nicht benutzt. Hierbei wird das Steuersignal auf Grund einer breitenmodulierten Impulsreihe des Signals der Abweichung des Istwertes vom Sollwert der Temperatur erzeugt. In der bekannten Einrichtung Ist die Regelung in der Betriebsart zur Temperaturänderungsgeschwindigkeltsstabilisierung nur

mit Zweipunktverhalten möglich, d. h. in dem Fall, wenn das Signal der Abweichung des Istwertes vom Sollwert der Temperatur negativ ist, ist das Heizelement auf Nennleistung geschaltet, ist aber dieses Signal positiv oder gleich Null, so ist das Heizelement abgeschaltet, was dem Regelvorgang einen Schwingungscharakter verleiht. Hierbei nimmt die Genauigkeit der

Aufrechterhaltung des Istwertes der implementierten Änderungsgeschwindigkeit der Temperatur im Steuerobjekt erheblich ab. Darüber hinaus tritt im Beharrungszustand (Temperaturänderungsgeschwindigkeit ist konstant) stets ein statischer Fehler in Bezug auf die Regelgröße-Temperaturänderungsgeschwindigkeit-auf, dersowohldurch die Eigenschaftendes Steuerobjekts

(Masse, Wärmekapazität) als auch durch die Verstärkungsfaktoren der einzelnen Bauelemente der Einrichtung definiert wird. Je größer hierbei die Masse und die Wärmekapazität des Steuerobjekts sowie die Sollgeschwindigkeit der Temperaturänderung (Erwärmung) sind, desto größer ist die Differenz zwischen dem Ist- und dem Sollwert der

Temperaturänderungsgeschwindigkeit. Angesichte dessen, daß in der bekannten Einrichtung als Temperaturgeber ein Widerstandsthermometer zum Einsatz gelangt,

bei dem sich der Wert des Arbeitsstrome» bei einer Temperaturänderung ändert, tritt eine zusätzliche Nichtlinearität bei der

Bestimmung der Temperaturänderungsgeschwindigkeit auf, die die Regelgenauigkeit herabsetzt. In der bekannten Einrichtung ist die Verwirklichung der Temperaturregelung nach Programmen möglich, die nur die Temperaturstabilisierung und die Erhitzung mit einer Sollgeschwindigkeit umfassen, was deren Anwendungsbereich einengt.

-3- 2941 !3 Zweck der Erfindung Die vorliegende Erfindung bezweckt eine Erhöhung der Regelgenauigkeit.

Darlegung des Erfindungswesens

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Temperaturregeleinrichtung zu schaffen, in der durch Einführung von Zusatzteilen es ermöglicht wird, verschiedene Programme zur Temperaturregelung unter Benutzung von Steuersignalen zu implementieren, die zugleich Informationen über die Ist- und Sollwerte der Temperatur und der Geschwindigkeit IhrerÄnderung tragen, was die Regelgenauigkeit erhöht.

Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daft die Temperaturregeleinrichtung, die einen zur Unterbringung im Steuerobjekt vorgesehenen Temperaturgeber, an den mit ihrem Eingang eine Differenziereinheit angeschlossen ist, an deren Ausgang ein Eingang eines Formers des Signals einer Abweichung des Istwertes vom Sollwert der Temperaturänderungsgeschwindigkeit angelegt ist, dessen anderer Eingang mit einem Temperaturänderungsgeschwindigkeits-Einsteller verbunden ist, einen Former des Signals einer Abweichung des Istwertes vom Sollwert der Temperatur, der mit dem Temperaturgeber und einem -einsteller gekoppelt ist, und einen Steuersignalformer enthält, der elektrisch mit dem Former des Signals einer Abweichung des Istwertes vom Sollwert der Temperatur und dem Former des Signals einer Abweichung des Istwertes vom Sollwert der Temparaturänderungsgeschwindigkeit verbunden und dessen Ausgang mit einem Steuereingang eines zur Einwirkung auf das Steuerobjekt bestimmten Stellorgans gekoppelt ist, gemäß der Erfindung eine4>teuereinheit für den Temperatur- und den Temperaturänderungsgeschwindigkeits-Einsteller, deren Eingänge an den Temperaturgeber und den Ausgang des Temperatureinstellers, deren einer Ausgang an den Eingang des Temperaturänderungsgeschwindigkeits-Einstellers und an einen Eingang des Temperaturgebers angeschlossen sind, deren anderer Eingang mit dem anderen Ausgang der Steuereinheit für den Temperatur- und den Temperaturänderungsgeschwindigkeits-Einsteller verbunden ist, einen Summierer, dessen Eingänge an die Ausgänge des Formers des Signals einer Abweichung des Istwertes vom Sollwert der Temperatur und des Formers des Signals einer Abweichung des Istwertes vom Sollwert der Temperaturänderungsgeschwindigkeit und dessen Ausgang an den Eingang des Steuersignalformers angeschlossen sind, und einen Nullkomparator aufweist, dessen Eingang mit dem Ausgang des Summierers und dessen Ausgang mit dem anderen Steuereingang des Stellorgans gekoppelt ist. Es ist zweckmäßig, daß die Steuereinheit für den Temperatur- und den Temperaturänderungsgeschwindigkeits-Einsteller einen Einsteller für die Betriebsarten der Temperaturänderung, einen Komparator, dessen einer Eingang mit dem Eingang des Einstellers für die Betriebsarten der Temperaturänderung verbunden ist und an dem ein Informationen über den Istwert der Temperatur tragendes Signal eintrifft und an dessen anderem Eingang ein dem Sollwert der Temperatur proportionales Signal ankommt, und ein Schaltelement enthält, dessen Eingang mit dem Ausgang des Komparator verbunden ist. Die erfindungsgemäße Temperaturregeleinrichtung wird durch eine geringe Übergangszeit bei Erreichen der vorgegebenen Betriebsart zur Temperaturänderung (Stabilisierung der Temperaturänderungsgeschwindigkeit oder Temperatur) gekennzeichnet und sorgt für eine hohe Temperaturregelgenauigkeit Im Beharrungszustand durch Erzeugung von Steuersignalen, die zugleich Informationen über Ist- und Sollwerte der Temperatur und der Geschwindigkeit ihrer Änderung tragen. Hierbei weisen die Übergangsvorgänge einen Charakter nahe einem aperiodischen auf.

Dank dem Vorhandensein der Steuereinheit für den Temperatur· und den Temperaturänderungsgeschwindigkeits-Einsteller gestattet es Temperaturregeleinrichtung, den Vorgang der Implementierung des vorgegebenen Temperaturänderungsprogramms vollständig zu automatisieren, wobei es möglich ist, In einer beliebigen Kombination eine Erhitzung, Abkühlung oder Stabilisierung der Temperatur des Steuerobjekts (im Laufe der vorgegebenen Zeitintervalle) Im ganzen vorgegebenen Temperaturänderungsbereich zu verwirklichen.

Die Erfindung soll durch die nachstehende Beschreibung eines konkreten Ausführungsbeispiels anhand beiliegender Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1: ein Funktionsschaltbild einer erfindungsgemäßen Temperaturregeleinrichtung; Fig. 2: (a, b, c, d, e, f) Zeitdiagramme, die die Arbeit der Temperaturregeleinrichtung erläutern. Ausfuhrungsbelsplel der Erfindung

Die Temperaturregeleinrichtung enthält einen zur Unterbringung im Steuerobjekt vorgesehenen Temperaturgeber 1 (Fig. 1), als welcher ein Gefrierraum 2 für einen biologischen Werkstoff ausgenutzt ist, der In Behältern (in der Zeichnung nicht angedeutet) untergebracht ist. An den Ausgang des Temperaturgebers 1, als welcher ein Widerstandsthermometer oder ein Thermopaar verwendet werden kann, ist der Eingang einer Differenziereinheit 3 angeschlossen, an deren Ausgang ein Eingang 4 eines Formers 5 des Signals einer Abweichung des Istwertes vom Sollwert der Temperaturänderungsgeschwindigkeit gelegt ist, an dessen anderen Eingang β der Ausgang eines Temperaturänderungsgeschwindigkeits-Einstellers 7 und an dessen Ausgang ein Eingang 8 eines Summierers 9 angekoppelt Ist.

An den Ausgang des Temperaturgebers 1 ist auch ein Eingang 10 einer Steuereinheit 11 für den Temperatureinsteller und den Temperaturänder ingsgeschwindigkeits-Einsteller und ein Eingang 12 eines Formers 13 des Signals einer Abweichung des Istwertes vom Sollwert der Temperatur angeschlossen. An einen Eingang 14 der Steuereinheit 11 ist der Ausgang des Temperatureinstellers 15 angeschaltet, dessen einer Eingang 1 β mit dem Eingang des Temperaturänderungsgeschwindigkeits-Einstellers 7 und einem Ausgang 17 der Steuereinheit 11 verbunden ist, deren anderer Ausgang 18 an den anderen Eingang 19 des Temperatureinstellers 15 gekoppelt ist. Ein Ausgang des Temperatureinstellers 15 ist auch mit einem Eingang 20 des Abweichungssignalformers 13 verbunden, dessen Ausgang an den anderen Eingang 21 des Summierers 9 angelegt Ist. An den Ausgang des Summierers 9 sind die Eingänge eines Steuersignalformers 22 und eines Nullkomparators 23 angeschlossen, deren Ausgänge an die Steuereingänge 24,25 eines Stellorgans 26 angeschaltet sind, das für die Einwirkung auf das Steuerobjekt bestimmt ist.

Die Steuereinheit 11 für den Temperatureinsteller und den Temperaturänderungsgeschwlndigkeits-Einsteller enthält in der

beschriebenen Ausführungsform einen Einsteller 27 für die Betriebsarten der Temperaturänderung, einen Komparator 28, dessen einer Eingang mit dem Eingang des Einsteilere 27 zusammengeschaltet ist und als Eingang 10 der Steuereinheit 11 fungiert, sls deren Eingang 14 der andere Eingang des Komparators 28 auftritt. Mit dem Ausgang des !Comparators 28 ist ein

Schaltelement 29 verbunden, dessen Ausgang als Ausgang 18 der Steuereinheit 11 wirkt, als deren anderer Ausgang 17 der Ausgang des Einstellers 27 auftritt. Als Temperatureinsteller 15 kann ein Integrator auf Basis eines Operationsverstärkers und als Temperaturänderungsgeschwindigkeits-Einsteller 7 ein aus Operationsverstärkern aufgebauter skalierender Verstärker

verwendet werden.

Der Einsteller 27 für die Betriebsarten der Temperaturänderung kann unter Benutzung bekannter Funktionselemente in einer der

beschriebenen Schaltungen realisiert werden und ist zur Erzeugung von Sollsignalen vorgegebener Größe und Polarität vorgesehen, die die Geschwindigkeit und das Vorzeichnen der Integration im Temperaturgeber 15, die Größe und Polarität des

Ausgangssignals des Temperaturänderungsgeschwindigkeits-Einstellers 7 festlegen. Als Steuersignalformer 22 kann beispielsweise ein Impulsbreitenmodulator eingesetzt werden. Das Stellorgan 26 enthält in der beschriebenen Ausführungsform ein magnetelektrisches Ventil 30, das für eine dosierte Zuleitung eines an dessen einem Eingang 31 von einem entsprechenden Behälter (in der Zeichnung nicht angedeutet)

einströmenden Kältemittels (flüssiger Stickstoff LN₂), einem Austauscher 32 vorgesehen ist, der im Gefrierraum 2 untergebracht ist. An den Steuereingang 33 des magnetelektrischen Ventils 30 ist der Ausgang einer Koinzidenzschaltung 34 angeschlossen, deren einer Eingang als Eingang 24 des Stellorgans 26 dient und mit einem Eingang einer anderen Koinzidenzschaltung 35 gekoppelt ist, deren anderer Eingang als Eingang 25 des Stellorgans 26 wirkt. Zu,m anderen Eingang der Koinzidenzschaltung 34 ist der Ausgang eines Inverters 36 geführt, dessen Eingang mit dem anderen Eingang der Koinzidenzschaltung 35 zusammengeschaltet ist, an deren Ausgang der Eingang eines Leistungsverstärkers 37 gelegt ist, dessen Ausgang an einen im

Gefrierraum 2 angeordneten Erhitzer 38 angekoppelt ist. Zum besseren Verständnis des Wesens und der Vorteile der erfindungsgemäßen Temperaturregeleinrichtung sind in Fig.2 Zeitdiagramme wiedergegeben, die den zum Ist· und Sollwert der Temperatur proportionalen Signalen Uo (Fig. 2 a, Kurve A) Ut (Kurve B); dem Ausgangssignal U_y (Fig.2b) der Steuereinheit 11; den zum Ist· und Sollwert der Temperaturänderungsgeschwindigkeit proportionalen Signalen U₀T (Fig.2c, Kurve A) U_T (Kurve B); den Signalen 5U_T (Fig.2d, Kurve A), 5Ut (Kurve B) der Abweichung des Istwertes vom Sollwert der Temperatur und der Geschwindigkeit ihrer Änderung

und dem gesamten Abweichungssignal OU₁ (Kurve C); dem Ausgangssignal Uk (Fig.2e) des Nullkomparators 23; der am

Erhitzer 38 entwickelten Leistung Q (Fig. 2 f) (positiver Wert) und der durch den Wärmeaustauscher 32 aufgenommenen Leistung

(negativer Wert) zugeordnet sind.

Die Temperaturregeleinrichtung arbeitet nach einem Sollprogramm (Fig. 2 a, Kurve B), das eine Abkühlung (Intervall to bis ti) und

eine Erhitzung (Intervall ti bis ta) mit einer Sollgeschwindigkeit der Temperaturänderung und eine Temperaturstabilisierung (angefangen vom Zeitpunkt t₂) umfaßt, wie folgt.

Nach der Einschaltung der Einrichtung wird bis zu dem dem Beginn der programmgemäßen Temperaturregelung

entsprechenden Zeitpunkt to (Fig.2a) eine Übereinstimmung des Wertes des Ausgangssignals Ut des Temperatureinstellers 15 (Fig. 1) mit dem Signal U₀ dee Temperaturgebers 1 automatisch angestrebt, die in nachstehender Reihenfolge geschieht. Das

Signal Uo vom Ausgang des Temperaturgebers 1 gelangtauf den Eingang lOderSteueieinheit 11 für den Temperatureinsteller

und den Temperaturänderungsgeschwindigkeits-Einsteller, an deren anderem Eingang 14 ein Führungssignal Ur vom Ausgang des Temperatureinstellers 15 ankommt.

Diese zwei Signale U₀, U_T werden durch den Komparator 28 der Steuereinheit 11 verglichen, und bei deren Ungleichheit wird

vom Ausgang des Komparators 28 über ein offenes Schaltelement 29 auf den Eingang 19 des Temperatureinstellers 15 ein

Signal derartiger Polarität gegeben, daß das Signal U_T am Ausgang des Einstellers 15 gleich dem Signal U₀ wird. Bei einer

nachfolgenden Änderung des Signals Uo wird das Ausgleichen der Signale Uo und Ut wiederholt.

Zum Zeitpunkt to wird auf die Steuereinheit 11 durch den Operateur ein Signal zur Auslösung des Regelvorganges geliefert. Hierbei schaltet das Schaltelement 29 den Komparator 28 vom Temperatureinsteller 15 ab, der ein sich nach dem linearen Gesetz (Fig. 2 a, Kurve B) änderndes Signal U_Tzu formen anfängt, dessen Richtung und die Geschwindigkeit durch die Polarität

und Größe einer Gleichspannung U_y (Fig. 2 b) bestimmt werden, die am Eingang 16 des Temperatureinstellers 15 vom Ausgang des Einstellers 27 für die Betriebsarten der Temperaturänderung eingespeist wird. Das gleiche Signal U_y trifft am Eingang des

Temperaturänderungsgeschwindigkeits-Einsteilers 7 ein, in dem eine Skalierung stattfindet. Vom Ausgang des Einstellers 7

gelangt das Signal U_T (Fig. 2c, Kurve B) auf einen Eingang 6 des Formers 5 des Signals einer Abweichung des Istwertes vom

Sollwert der Temperaturänderungsgeschwindigkeit, an dessen Eingang 4 vom Ausgang der Differenziereinheit 3 ein Signal U₀T

(Fig. 2 c, Kurve A) ankommt, das dem Istwert der Änderungsgeschwindigkeit der Temperatur des Gefrierraumes 2 proportional ist. Hierbei ist das Signal 6Ut (Fig.2d, Kurve B) am Ausgang des Formers 5 proportional einer Signaldifferenz (Ur - U_Ot).

Zugleich trifft ein Signal U₀ vom Temperaturgeber 1 an einem Eingang 12 des Formers 13 des Signals einer Abweichung des Istwertes vom Sollwert der Temperatur ein, an dessen Eingang 20 ein Signal U_T vom Ausgang des Temperatureinstellers 15

eintrifft, und an dessen Ausgang wird ein Signal 5U_T (Fig. 2d, Kurve A) erzeugt, das einer Signaldifferenz (U_T - Uo) proportional

Der Summlerer 9 summiert die Signale 5Ut und 5Ut der Abweichung der Temperatur und der Geschwindigkeit ihrer Änderung,

die in den Summierer 9 über die Eingänge 21,8 gelangen und erzeugt ein gesamtes Abweichungssignal 5Ux = 5Ur + 5Ut (Fig. 2 d, Kurve C), die zugleich Informationen über die Ist* und Sollwerte der Temperatur und der Geschwindigkeit ihrer

Änderung tragen. Dieses Abweichungssignal 5U_x gelangt auf die Eingänge des Steuersignalformers 22 und des Nullkomparators 23. Der Steuersignalformer 22 wandelt das Abweichungssignal 5U_x in eine Folge von am Steuereingang 24 des Stellorgans 26

ankommenden Impulsen der Dauer um, die dem Modul des Abweichungssignals | 5Ux | proportional ist.

Der Nullkomparator 23 erzeugt im betrachteten Zeitintervall (to bis ti) ein logisches Nullslgnai < >>. (Fig. 2e), denn das Abweichungssignal OU₁ ist in diesem Fall negativ. Das Signal U_k wird dem Steuereingang 25 u* s Stellorgans 26 zugeführt.

Die Impulsfolge vom Ausgang des Steuersignalformers 22 gelangt zu den einen Eingängen der Koinzidenzschaltungen 35,34, an deren anderen Eingängen ein durch den Inverter 36 erzeugtes Null- bzw. Einssignal anliegt.

Die Koinzidenzschaltung 35 ist also gesperrt, während die Koinzidenzschaltung 34 das magnetelektrische Stellenventil 30 mit Hilfe von Impulsen steuert, die vom Ausgang des Formers 22 ankommen. Hierbei ist die Impulsdauer zu den unmittelbar auf t₀ folgenden Zeitpunkten maximal (Fig. 2f), was zu einer forcierten Einströmung des flüssigen Stickstoffes in den Wärmeaustauscher 32 des Gefrierraumes 2 führt. Die Temperatur im Gefrierraum 2 beginnt mit einer zunehmenden Geschwindigkeit abzusinken, was das Abweichungssignai 6U_T in Bezug auf die Temperaturänderungsgeschwindigkeit abnehmen läßt. Das Signal öU_T wird zunehmen, bis das Signal öU_T gleich Null (Fig.2d, Kurven A, B) geworden ist. Das gesamte Abweichungssignal 5Uj (Fig.2d, Kurve C) bestimmt hierbei die Dauer der Ausgangsimpulse des Steuersignalformers 22 und wird im Be! .arrungszustand nur durch den Wert ÖU_T festgelegt. Im Übergangszustand wird also die Verringerung der Zeit für das Erreichen der vorgegebenen Betriebsart zur Temperaturänderung im wesentlichen durch den Wert ÖU_T und die Regelungsgenauigkeit im Beharrungsbetrieb durch den Wert 5Ut bestimmt. Offensichtlich ist, daß die Temperaturregeleinrichtung in der Betriebsart zur Stabilisierung der Temperaturänderungsgeschwindigkeit einen nahe Null gleichen Fehler in Bezug auf die Temperaturänderungsgeschwindigkeit und einen durch die Verstärkungsfaktoren der Bauelemente und des Steuerobjekts definierten endlichen statischen Fehler in Bezug auf die Temperatur aufweist. Sobald das Signal U₀ des Temperaturgebers 1 einen der Temperatur T₁ (Fig.2 a) des Überganges zum Erhitzungsverfahren entsprechenden Wert erreicht hat, wird am Ausgang 17 der Steuereinheit 11 im Zeitintervall tj bis t₂ ein Signal U_y (Fig. 2 b) erzeugt. Hierbei wechselt das Signal Ut (Fig. 2c, Kurve B) dessen Polarität und Größe, während das Signal Ut (Fig. 2 a, Kurve B) die Richtung und die Anstiegsgeschwindigkeit entsprechend dem Wert U_y im genannten Zeitintervall ändert. Das gesamte Abweichungssignal SUj; (Fig. 2 d, Kurve C) wechselt dessen Polarität und Größe, und am Ausgang des Nullkomparators 23 erfolgt durch Änderung der Polarität des Signals Uk (Fig.2c) eine Abschaltung des magnetelektrischen Stellenventils 30, wobei die Impulse vom Ausgang des Steuersignalformers 22 über die Koinzidenzschaltung 35 am Eingang des Leistungsverstärkers 37 eintreffen, von dessen Ausgang sie auf den Erhitzer 38 gegeben werden, der die Elektroenergie in eine Wärmeenergie verwandelt.

Im weiteren arbeitet die Einrichtung in der Weise, wie oben beschrieben.

Sobald das Signal U₀ einen derTemperaturT₂ (Fig. 2a) zugeordneten Wert erreicht hat, wird das Signal U₁ gleich Null. Dies führt dazu, daß sich das Signal am Ausgang des Temperatureinstellers 15 stabilisiert, weshalb das Signal U₀ auf dem programmgemäßen Pegel stabilisiert wird. Die Stabilisierungszeit wird durch den Temperaturänderungsgeschwindigkeitseinsteller 27 vorgegeben. Bei der Verwirklichung der Betriebsart zur Stabilisierung ist die Arbeit sowohl des magnetelektrischen Stellenventils als auch des Leistungsverstärkers 37 und also auch des Wärmeaustauschers 32 und des Erhitzers 38 möglich, was vom Charakter der Übergangsvorgänge und des Absolutwertes der zu stabilisierenden Temperatur (Fig. 2 f) abhängt.

Die Temperaturregeleinrichtung gestattet es in der beschriebenen Ausführungsform Mehrstufenprogramme zur Abkühlung, Erhitzung und Temperaturstabilisierung im Gefrierraum in einem Temperaturbereich von +4O⁰C bis -180°C und in einem Bereich der Abkühlungs- bzw. Erwärmungsgeschwindigkeiten von 0,1 bis 50°C/min ablaufen zu lassen. Die erfindungsgemäße Temperaturregeleinrichtung wird somit durch hohe Regelgenauigkeit und niedrige Übergangszeit gekennzeichnet.

Claims (2)

1. Temperaturregeleinrichtung, die einen zur Unterbringung im Steuerobjekt vorgesehenen Temperaturgeber, an den mit ihrem Eingang eine Differenziereinheit angeschlossen ist, an deren Ausgang ein Eingang eines Formers des Signals einer Abweichung des Istwertes vom Sollwert der Temperaturänderungsgeschwindigkeit gelegt ist, dessen anderer Eingang mit einem Temperaturänderungsgeschwindigkeits-Einsteller verbunden ist, einen Former des Signals einer Abweichung des Istwertes vom Sollwert derTemperatur, der mit dem Temperaturgeber und einem -einsteller gekoppelt ist, und einen Steuersignalformer enthält, der elektrisch mit dem Former des Signals einer Abweichung des Istwertes vom Sollwert der Temperatur und dem Formerdes Signals einer Abweichung des Istwertes vom Sollwert der Temperaturänderungsgeschwindigkeit verbunden und dessen Ausgang mit einem Steuereingang eines zur Einwirkung auf das Steuerobjekt bestimmten Stellorgans in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Steuereinheit (11) für den Temperatur-und den Temperaturänderungsgeschwindigkeits-Einsteller, deren Eingänge (10,14) an den Temperaturgeber (1) und den Ausgang des Temperatureinstellers (15), deren einer Ausgang (17) an den Eingang des Temperaturänderungsgeschwindigkeits-Einstellers (7) und an einen Eingang (16) des Temperaturgebers (15) angeschlossen sind, deren anderer Eingang (19) mit dem anderen Ausgang (18) der Steuereinheit (11) für den Temperatur- und den Temperaturänderungsgeschwindigkeits-Einsteller verbunden ist, einen Summierer (9), dessen Eingänge (21,8) an die Ausgänge des Formers (13) des Signals einer Abweichung des Istwertes vom Sollwert derTemperatur und des Formers (5) des Signals einer Abweichung des Istwertes vom Sollwert der Temperaturänderungsgeschwindigkeit und dessen Ausgang an den Eingang des Steuersignalformers (22) angeschlossen sind, und einen Nullkomparator (23) aufweist, dessen Eingang mit dem Ausgang des Summierers (9) und dessen Ausgang mit dem anderen Steuereingang (25) des Stellorgans (26) gekoppelt ist.

2. Temperaturregeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (11) für den Temperatur- und den Temperaturänderungsgeschwindigkeits-Einsteller einen Einsteller (27) für die Betriebsarten der Temperaturänderung, einen Komparator (28), dessen einer Eingang mit dem Eingang des Einstellers (27) für die Betriebsarten der Temperaturänderung verbunden ist und an dem ein Informationen über den Istwert der Temperatur tragendes Signal eintrifft und an dessen anderem Eingang ein dem Sollwert der Temperatur proportionales Signal ankommt, und ein Schaltelement (29) enthält, dessen Eingang mit dem Ausgang des Komparators (28) verbunden ist.

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet

Die vorliegende Erfindung kann in der chemischen Industrie bei der Herstellung von Kunststoffen und der Synthese organischer Werkstoffe, in der Wärme- und Kernenenergiewirtschaft zur Regelung wärmetechnischer Vorgänge, in der Landwirtschaft bei der Verwirklichung einer Tieftemperatur-Konservierung tierischer Embryonen, in der biologischen und medizinischen Praxis bei der Realisierung von Vorgängen einer Tieftemperatur-Konservierung verschiedener biologischer Werkstoffe, in der lokalen und allgemeinen Hypothermie und in anderen Industriezweigen und wissenschaftlichen Untersuchungen angewendet werden, wo es notwendig ist, die Temperatur verschiedener Steuerobjekte programmgemäß zu regeln.

Charakteristik der bekannten technischen Losungen

Zur Zeit erfolgt die Temperaturregelung in den Steuerobjekten Im wesentlichen mit Hilfe verschiedener Einrichtungen, an die hohe Anforderungen, so in Beharrungs- wie auch in Übergangszuständen gestellt werden. Des öfteren widersprechen diese Anforderungen, wie sie der minimale Steuerfehler im Beharrungszustand und die Mindestzeit des Übergangszustandes sind, einander. Offensichtlich ist, daß die Optimierung der Güte des Systems der automatischen Steuerung, unter dem Regler, Stellorgan und Steuerobjekt verstanden werden, nach der Genauigkeit und der Schnellwirkung zugleich eine wichtige Aufgabe darstellt.

Im allgemeinen Fall wird die Aufgabe der Temperaturregelung Im Steuerobjekt auf eine zeitliche programmgemäße Temperaturänderung zurückgeführt. Praktisch wird am häufigsten eine lineare Temperaturänderung in der Zeit mit manchen Sollgeschwindigkeiten (Stabilisierung der Temperaturänderungsgeschwindigkeit) und als Spezialfall die Temperaturhaltung auf einem Sollpegel (Temperaturstabilisierung) vorgenommen.