ITMI941180A1 - Metodo di controllo della temperatura - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE
La presente invenzione si riferisce ad un metodo per controllare la temperatura di un sistema secondo una desidera ta curva di temperatura che è divisa in predeterminati intervalli di tempo ed ha una temperatura desiderata assegnata a ciascun intervallo di tempo, il sistema essendo riscaldato mediante potenza riscaldante applicata ad un dispositivo riscal dante .
Tali metodi di controllo di temperatura sono, per esempio, richiesti nella spettroscopia ad assorbimento o ad emis sione di atomi in cui vengono realizzati un riscaldamento sino a valori di temperatura di più di 2500° e successivi raffreddamenti per atomizzare una campione contenuto in un opportuno sistema riscaldatile ed elettrotermico, come un atomizzatore a tubo di grafite , secondo una esattamente predeterminata e relativamente complicata curva di temperatura. Per essere in grado di realizzare una misurazione che è la più esatta possibile e che possa essere ripetuta, la data curva di temperatura deve essere osservata con precisione. Per ottenere un tale obiettivo, la curva di temperatura viene divisa in intervalli di tempo secondo i metodi dela tecnica anteriore, gli intervalli di tempo avendo assegnato a ciascuno di essi un vaiore desiderato di temperatura. Gli intervalli di tempo sono sufficientemente lunghi, in modo tale che il sistema che ha una potenza elettrica riscaldante fornita ad esso, può raggiun gere una condizione di equilibrio di aumentata temperatura alla fine dell'intervallo di tempo, cioè una condizione in cui la potenza riscaldante alimentata è sostanzialmente uguale alla potenza dissipata in uscita, cioè, per conduzione, radiazione! o conversione termica. Tuttavia, questo porta alla limitazione in quanto possono essere realizzate solamente curve di temperatura con uno sviluppo relativamente lungo e lenti procedimen ti di riscaldamento e di raffreddamento. In particolare, le curve di temperatura che hanno elevate velocità di salita del la temperatura non danno soddisfacente risultati in un tale spetrometro ad assorbimento.,o ad emissione di atomi.
Con brevi intervalli di tempo, il sistema non può più raggiungere la sua condizione di equilibrio a causa dei tempi di ritardo di risposta in considerazione della velocità finità della trasmissione termica durante il procedimento di riscaldi1 mento o il procedimento di raffreddamento. Ciò non di meno, al lo scopo di ottenere il desiderato aumento di temperatura entro un breve periodo di tempo, la potenza riscaldante, mediani te la quale viene mantenuto il valore desiderato di temperatura nella condizione di equilibrio viene moltiplicata per una funzione di correzione determinata empiricamente. Non può esse re realizzata in un modo precìso una curva desiderata di temperatura nel caso in cui si presentino grandi variazioni nella velocità di riscaldamento entro vicini intervalli di tempo. Peesempio, si presentano temperature eccessive in questo metodo durante una trasizione da un’intervallo di tempo con una velocità di riscaldamento molto elevata fino ad un intervallo con una temperatura costante. Inoltre, dal momento che la funzione di correzione è determinata empiricamente in un sistema in con dizioni predeterminate, può essere osservata una deviazione del la curva di temperatura realmente ottenuta dalla curva desiderata di temperatura quando il sistema non soddisfa queste condizioni predeterminate.
E' perciò uno scopo della presente invenzione quello di realizzare un metodo che viene utilizzato per controllare la temperatura di un sistema e ottiene con precisione una curva desiderata di temperatura divisa in predeterminati intervalli di tempo.
Questo scopo viene ottenuto secondo l'invenzione con un metodo di controllo della temperatura del sopra-menzionato tipo che è caratterizzato dal fatto che la potenza riscaldante da applicare al dispositivo riscaldante durante un'intervallo di tempo è determinata in risposta alla desiderata temperatura e alla ripiditàdella curva di temperatura del corrispondente intervallo di tempo utilizzando caratteristiche dinamiche di riscaldamento e di raffreddamento determinate empiricamente tipiche del sistema, dal fatto che la potenza riscaldante determinata per ciascun intervallo di tempo è convertita secondo una curva di taratura in un valore fissato per un controllo de1 la potenza riscaldante, dal fatto che la potenza riscaldante in realtà applicata al dispositivo riscaldante è determinata in ciascun intervallo di tempo, la potenza riscaldante avendo assegnata ad essa un valore fisso di confronto mediante la cur va di taratura e dal fatto che, quando il valore fissato devia dal valore fissato di confronto di più di un predetermina to valore di tolleranza entro il corrispondente intervallo di tempo,. =il valore fissato del corrispondente successivo inter vallo di tempo viene variato in risposta a detta deviazione.
Con un tale metodo può essere anche ottenuta una pre cisa ed desiderata curva di temperatura con velocità di riscal damento elevate e intervalli di tempo molto brevi.
Dal momento che non viene considerata solamente la tem peratura desiderata ma anche la ripidità della curva di temperatura per il corrispondente intervallo di tempo in modo tale da determinare i valori di potenza riscaldante convertiti mediante una curva di taratura in.in valore fissato e dal momento che vengono utilizzate le caratteristiche di riscaldamento e di raffreddamento determinate empiricamente, il comportamento della trasmissione di calore dal dispositivo riscaldante al sistema viene perciò considerato empiricamente, cosicché può essere ottenuta una esatta curva reale che segue la desiderati curva della temperatura. In particolare, viene impedito un eccessivo aumento della temperatura in corrispondenza della variazione della velocità di riscaldamento o della ripidità della curva di temperatura da un valore alto ad un valore basso.
La potenza riscaldante daapplicare al dispositivo ri scaldante è determinata in risposta alla desiderata temperatura e alla ripidità della curva di temperatura entro ciascun in tervallo di tempo utilizzando caratteristiche dinamiche di riscaldamento e di raffreddamento determinate empiricamente nel sistema in particolari condizioni. Nel caso in cui il sistema o il dispositivo riscaldamente non soddisfi le particolari condi zioni che stanno alla base della determinazione della potenza riscaldante, diventa possibile un confronto con la potenza riscaldante determinata determinando la potenza riscaldante attualmente applicata al dispositivo riscaldante. Quando la devia zione della potenza riscaldante realmenteapplicata dalla poteiza riscaldante determinata supera un valore predeterminato di tolleranza, con entrambe le curve convertite mediante una curva di taratura in un valore fissato, il valore fissato per la potenza riscaldante viene cambiato in risposta a detta deviazione. Per esempio, possono essere così considerate le variazioni della tensione di rete o le variazioni della resistenza elettrica del mezzo riscaldante dovute alle variazioni di temperatura nelle caratteristiche riscaldanti.
Quando il valore fissato devia dal valore fissato di confronto di più di un valore predeterminato di tolleranza entro un'intervallo di tempo, il valore fissato del successivo valore di tempo viene nuovamente regolato mediante l'aggiunta del valore differenza dal valore fissato e dal valore di riferi mento fissato in una vantaggiosa evoluzione dell'invenzione. Una tale nuova regolazione ha mostrato essere particolarmente vantaggiosa nel comportamento del metodo della invenzione per ottenere una predeterminata e desiderata curva di temperatura in modo che sia la'più esatta possibile. Il valore differente tilizato -per -la nuova regolazione può essere ulteriormente dotato in modo facoltativo, di una costante di moltiplicazione.
In un’altra vantaggiosa evoluzione dell'invenzione, la potenza riscaldante viere calcolata con l'aiuto di valori che dipendono dalla desiderata temperatura e dalla velocità di ri scaldamento e che considerano una capacità termica dinamica ed una potenza dissipata del sistema, con una equazione che vie ne utilizzata secondo la legge di conservazione dell'energia. Di conseguenza, la potenza riscaldante che viene espressa come energia divisa per la lunghezza dell'intervallo di tempo e che viene fornita al sistema durante questo intervallo di tempo se gue dalla capacità termica dinamica che dipende dalla temperatura desiderata e dalla ripidità della curva di temperatura di detto intervallo di tempo e che viene moltiplicata per la variazione di temperatura divisa per la lunghezza dell'intervallo di tempo, cioè, la ripidità della curva di temperatura comparabile con la velocità di riscaldamento. Inoltre, viene considerata la potenza dissipata in uscita del sistema che dipende dalla temperatura desiderata e dalla ripidità della curva di temperatura del corrispondente intervallo di tempo.
Per determinare questi valori che dipendono dalla teri peratura e dalla velocità-di riscaldamento e che considerano la capacità termica dinamica e la potenza dissipata, la tempe ratura del sistema viene misurata per il sistema ad una predeterminata potenza riscaldante per l'intero periodo fino a che il sistema ha raggiunto una condizione di equilibrio in cui li potenza dissipata è uguale alla potenza riscaldante fornita, una curva di temperatura tipica del sistema viene ottenuta cor la potenza riscaldamente come parametro. Quando viene spenta la potenza riscaldante ad una particolare temperatura durante questa curva di temperatura, possono essere determinati i valeri che sono validi per questa particolare temperatura e per la velocità-di riscaldamento esistente direttamente prima dello spegnimento per la capacità termica dinamica e per la potenza dissipata dalla ripidità determinata della curva di temperatura immediatamente prima e immediatamente dopo lo spegnimento della potenza riscaldante. Viene determinato un campo di vaiori per la capacità termica dinamica e la potenza dissipata per una molteplicità di valori di temperatura e di valori della velocità!di riscaldamento. Da curva reale di temperatura può perciò essere approssimata alla curva desiderata di temperatura in un modo molto preciso perchè il sistema è stato misurato in molte condizioni di temperatura e di velocità di rise il dàmento, e la potenza riscaldante da applicare viene determina :a rispettivamente in ciascun intervallo di tempo utilizzando i valori di sistema misurati. E' perciò definita l 'accuratezza con la quale può essere approssimata una curva desiderata di temperatura, tra l'altro, con il numero di valori determinati empiricamente della capacità termica dinamica e della potenz a dissipata.
In una vantaggiosa realizzazione dell ' invenzione, la potenza riscaldante da applicare entro un' intervallo di tempo è determinata in base alla temperatura desiderata e alla ripi di tà della curva di temperatura entro il corrispondente interva l lo di tempo da una caratteristica temperatura-tempo determina ta empiricamente utilizzando diverse potenze riscaldanti . In base alla caratteristica temperatura-tempo con la potenza riscaldante come parametro, viene determinata una pluralità di valori per la potenza riscaldante a diverse temperature e ripidità della curva di temperatura con l 'aiuto delle quali è determinata la potenza riscaldante che porta alla desiderata ripidità della curva di temperatura per una desiderata temperatura entro un particolare intervallo di tempo. Quando non possono essere determinati esattamente opportuni valori per l a potenza riscaldante dalla caratteristica per i valori della temperatura desiderata e dalla ripidità della curva di temperatura, tali valori sono validi entro il particolare interval lo di tempo, la potenza riscaldante daapplicare al dispositivo riscaldante viene calcolata mediante interpolazione.
Per analogia, viene realizzata una interpolazione li neare per la capacità termica dinamica e per la potenza dissi ! pata quando entro un' intervallo di tempo la temperatura desiderata e la ripidità della curva di temperatura deviano dai valori memorizzati nella tabella dei valori . Si è trovato, in pratica, che è sufficiente un numero relativamente piccolo di valori per una capacità termica dinamica e per la potenza dissi pata allo scopo di calcolare la potenza riscaldante da applicare mediante una tale interpolazione, la potenza riscaldante soddisfa esattamente la desiderata curva di temperatura.
In un' altro vantaggioso sviluppo dell ' invenzione , la capacità termica dinamica e la potenza dissipata sono determi nate per una pluralità di valori per la potenza riscaldante in una condizione di eq ui l ibrio del sisterra in cui la potenza dissi pata è uguale alla potenza riscaldante , e per una potenza riscaldante fornita al massimo al sistema per una pluralità di valori di temperatura del sistema non in equilibrio. Ciò ha i l vantaggio, che è possibile una esatta specifica delle caratteristiche di riscaldamento e di raffreddamento di un particolare sistema con un numero relativamente piccolo di curve di misurazione , essendo data una particolare considerazione alle con dizioni di equilibrio del sistema in cui non avviene un essen ziale aumento di temperatura, e alle condizioni in cui il ri scaldamento ha luogo per una massima potenza riscaldante e per una massima velocità di riscaldamento. I valori che vengono il realtà ottenuti per la temperatura e la velocità di riscaldamento desiderate possono essere nuovamente determinati mediante interpolazione lineare dai valori della capacità termica dinamica e dalla potenza dissipata ottenuti secondo questa rea lizzazione. In questa evoluzione preferita, è minimo il numero di dati di misurazione necessari per cui il procedimento per determinare i dati del sistema, che deve essere realizzato im mediatamente, richiede poco tempo.
In un'altra evoluzione vantaggiosa dell'invenzione, la velocità di riscaldamento viene regolata mediante un control lo di angolo di fase. I valori fissati per realizzare la velo cità di riscaldamento corrispondono ad un'angolo operativo del controllo di angolo di fase. In un'altra evoluzione vantaggio sa dell'invenzione, viene inoltre misurata una temperatura istantanea del sistema entro ciascun intervallo di tempo per determinare la potenza riscaldante in realtà utilizzata dal si sterna, la temperatura istantanea viene confrontata con la temperatura desiderata, e, quando una deviazione della temperatura istantanea dalla temperatura desiderata supera un valori predeterminato, la temperatura desiderata del corrispondente successivo intervallo di tempo viene variata in risposta alla deviazione. Di conseguenza, la temperatura del sistema può es sere ulteriormente controllata e nuovamente regolata, cosa che si è trovata particolarmente vantaggiosa quando ha luogo una inaspettata variazione delle caratteristiche di riscaldamento e di raffreddamento che può portare ad una variazione non prevista della temperatura.
Altre vantaggiose realizzazioni dell'invenzione diver teranno evidenti dalle rivendicazioni dipendenti.
L'invenzione verrà ora illustrata con maggiori parti colari con riferimento alle realizzazioni prese insiemé ai disegni, in cui:
la fig. 1 è una vista schematica, semplificata di un sistema elettro-termico per realizzare il metodo dell'invenzic ne;
la fig. 2 è uno schema a blocchi per illustrare una realizzazione del metodo dell'invenzione;
la fig. 3 mostra una caratteristica temperatura - tem po di un tubo riscaldato trasversalmente con la potenza riscal dante come parametro, tale caratteristica viene utilizzata per determinare i valori del sistema nella condizione di equi librio del sistema;
La fig. 4 mostra una caratteristica secondo la fig. 3 ma per un tubo riscaldato longitudinalmente;
la fig. 5 mostra una caratteristica temperatura -tem po per il tubo riscaldato traversalmente con la temperatura di spegnimento come parametro, tale caratteristica viene utiliz zata per determinare i valori del sistema per la potenza riscal dante massima;
la fig. 6 mostra una caratteristica secondo la fig. 5 ma per un tubo riscaldato longitudinalmente;
la fig. 7 mostra una curva di taratura per convertire un valore fissato in un valore per la tensione riscaldante la fig. 8 è una rappresentazione grafica della carat teristica temperatura-tempo di un sistema per un desiderato comportamento ed una caratteristica in realtà ottenuta con il metodo dell'invenzione per un tubo riscaldato longitudinalmen te.
Nella fig. 1, viene mostrato schematicamente un esempio semplificato di un complesso per attuare il metodo dell'invenzione. Un tubo allungato 1 atomizzatore che è realizzato, per esempio, in grafite-e che contiene un campione da atomizzare viene accoppiato ad un dispositivo riscaldante 2 che compr de, per esempio, un filo riscaldante avvolto intorno al tubo atomizzatore 1. Un foto-diodo 3 sensibile a radiazioneèmontato vicino al tubo atomizzatore 1. Un dispositivo 4 di misurazione di tensione è elettricamente collegato ad un lato di in gresso ed ad un lato di uscita del dispositivo riscaldante 2. Un mezzo controllabile di alimentazione di potenza per l'alimentazione di una tensione alternata è pure collegato ai lati di ingresso e di uscita del dispositivo riscaldante 2. Un dispositivo 5 di misurazione di corrente è collegato tra un col legamento del mezzo 6 di alimentazione di potenza ed un collegamento del dispositivo riscaldante 2. Il mezzo 6 di alimentazione di potenza è collegato ad un dispositivo 7 per il controllo di angoli di fase e per la regolazione di un angolo ope rativo. Il dispositivo 7 per la regolazione dell'angolo operativo è collegato ad un elaboratore 8 con una unità centrale di elaborazione. L'elaboratore 8 è pure collegato alle uscite del foto-diodo 3, al dispositivo 4 di misurazione di tensione e al dispositivo 5 di misurazione di corrente, ciascuno con convertitori A/D.
A parte la rappresentazione semplificata dell'intero sistema elettrotermico, come viene mostrata nella fig. 1, per ottenere una predeterminata caratteristica di temperatura in un tubo atomizzatore, sono possibili molte modifiche del sist ma elettrotermico. Per esempio, il dispositivo riscaldante 2 potrebbe comprendere anche elettrodi nelle parti di estremità della estensione longitudinale del tubo atomizzatore, permet tendo grazie a ciò un flusso di corrente nella direzione lon gitudinale del tubo atomizzatore. Tuttavia, tali elettrodi po trebbero essere anche disposti in parti di estremità posizio nate in una direzione trasversale all'estensione longitudinale del tubo atomizzatore per permettere un flusso di corrente in una direzione-,trasversale all'estensione longitudinale del tubo atomizzatore. In tal caso, il tubo atomizzatore è realizza to a partire da un opportuno materiale elettrotermico, ad esem pio grafite . Invece di un tubo, potrebbe essere scelta anche un'altra forma per il mezzo atomizzatone, ad esempio a forma di una pentola oina coppa. Invece di un foto-diodo 3 che vie ne aui utilizzato e sensibile ai raggi termici, potrebbe essere utilizzato un pirometro o un'altro opportuno dispositive di misurazione di temperatura. La disposizione e il collegamento del dispositivo di misurazione di resistenza di tensio ne è solamente un'altro esempio di una possibile configurazio ne di un sistema elettro-termico in cui viene utilizzato il metodo dell'invenzione. Invece di un mezzo per regolare un an golo operativo, potrebbe essere utilizzato un dispositivo per un controllo di ampiezza o per la durata di impulso o per la modulazione di ampiezza di impulso. A parte un mezzo di alimen tazione di potenza che fornisce una tensione alternata, è anche possibile un mezzo di alimentazione di potenza con una tensione in corrente continua. Inoltre, il tubo atomizzatore potrebbe essere accoppiato ad un mezzo refrigerante che comprende, ad esempio, un refrigerante elettrotermico o un circuì to a liquido refrigerante.
La fig. 2 è uno schema a blocchi di una realizzazione del metodo di controllo di temperatura dell'invenzione che può essere utilizzato nel sistema elettro-termico illustrato nella fig. 1. All'inizio del metodo per controllare la temperatura del sistema, tale sistema deve seguire una predeterminata e desiderata curva di temperatura, la curva di temperatura desiderata che è divisa in singoli intervalli di tempo viene fornita in una fase SI all'elaboratore. Un valore desiderato di temperatura viene assegnato a ciascun intervallo di tempo mediante specifica della curva desiderata di temperatura. Viene determinata una velocità di riscaldamento che viene espressa mediante la ripidità della curva di temperatura dalla lunghez za degli intervalli di tempo e dalla differenza delle temperature desiderate fra due successivi intervalli di tempo.
La potenza riscaldante che corrisponde alla curva di temperatura predeterminata e desiderata e che deve essere applicata durante ciascun intervallo di tempo viene calcolata nell'elaboratore nella successiva fase S2. Il calcolo è basato sui valori per una capacità CW termica dinamica e una po tenza NV dissipata, tali valori vennero determinati durante una operazione di misurazione realizzata una volta per ciascun tu bo atomizzatore utilizzabile in risposta alla temperatura ed alla ripidità della curva di temperatura e vennero memorizzat: in una tabella di valori. La tabella di valori può, per esempio, essere memorizzata in un supporto magnetico di dati o può essere caricata nell'elaboratore su sostituzioredel tubo atomizzatore o del dispositivo riscaldante secondo il corrispondente sistema esistente. Verrà ulteriormente trattata nei particolari qui di seguito una realizzazione preferita per determinare sperimentalmente le due tabelle di valori per la capacita CW termica-dinamica e per la potenza N dissipata di un particolare sistema elettro-termico.
Una equazione che è basata sui valori di potenza e
che è analoga ad un principio di conservazione dell'energia
viene impiegata nel calcolo della potenza Ni riscaldante uti-
lizzata entro un'intervallo δti di riscaldamento:
Nella equazione (1), Ti e T'i rappresentano rispettiva
mente la temperatura e la ripidità desiderate della curva di
temperatura entro l'intervallo di tempo iesimo. I valori della
temperatura Ti e della ripidità T'i desiderati della curva di'
temperatura sono raccolti dalla curva desiderata di temperatu-
ra immessa o sono calcolati mediante l'ulteriore nota durata sopra
di un'intervallo δti di tempo, come spiegato/. I valori che
appartengono a questi valori di temperatura e a questi valori
di ripidità di curva di temperatura desiderati e che sono tipici del sistema e che considerano la capacità termica dinami-
ca e la potenza dissipata sono presi dalle tabelle dei valori e sono immessi nell'equazione. La potenza riscaldante entro
l'intervallo δt i di tempo viene calcolata nell'elaboratore.
Dal momento che i valori della capacità termica dina-
mica e della potenza dissipata non sono noti per tutti i possi bili valori di temperatura e i valori di ripidità di curva di
temperatura può accadere che non vi sono corrispondenti valori
per CW e NV per le singole coppie di valori Ti , Τ'i della desiderata curva di temperatura da ottenere. I valori per la
capacità CW termica dinamica e per la potenza NV dissipata so no determinati in un tale caso mediante interpolazioni lineari.
In un’altra realizzazione preferita del metodo di controllo di temperatura, la potenza riscaldante da applicare entro una particolare intervallo di tempo è determinata in un modo diverso. Le potenze riscaldanti che sono richieste in ciascun intervallo di tempo/che sono necessarie per ottenere la rìpidìtà di curva di temperatura predeterminata entro eia scun intervallo di tempo in base alla temperatura desiderata sono raccolte da un comportamento di riscaldamento tipico del sistema sotto-forma di una caratteristica temperatura-tem po ottenuta con diverse potenze riscaldanti. Le caratteristi che determinate prima del metodo di controllo di temperatura sono opportunamente e vantaggiosamente memorizzate ancora una volta su un supporto di dati sotto-forma di tabelle di vaio ri per la potenza riscaldante per diverse temperature e diver se ripidità della curva di temperatura, in modo tale che le corrispondenti tabelle dei valori di potenza riscaldante possa no essere caricati nel caso di una variazione del sistema elet tro-termico dovuta, ad esempio, ad una sostituzione del tubo atomizzatore. A differenza del metodo precedentemente spiegato è necessario solamente una tabella di valori per la potenza riscaldante. Inoltre, può essere evitato il calcolo della po tenza riscaldante mediante l'analogia con la formula (1). Vie ne nuovamente attuata una operazione di interpolazione tra i valori successivi ai valori di temperatura e alla ripidità di curva di temperatura desiderati di un particolare intervallo di tempo per la potenza riscaldante secondo la tabella memorizzata.
Nella successiva fase S3, la potenza Ni riscaldante calcolata viene convertita in un valore Ssoll, 1 fissato per il controllo di angolo di fase del dispositivo 7 per controllare il mezzo 6 di alimentazione di potenza. Per prima cosa viene calcolato un valore Udigit,i determinato considerando la radi di potenza
ce quadrata dal valore Ni /moltiplicato per la resistenza del dispositivo riscaldante. Il valore Udigit,i che corrisponde all'effettivo valore per la tensione viene convertito mediante una curva di taratura, che è mostrata nella fig. 7, in un valore di calcolo di tempo che corrisponde al valore fissato. Il valore di calcolo di tempo che è espresso in unità di calcolo dell'elaboratore specifica l'angolo operativo del controllo di angolo di fase che controlla il mezzo 6 di alimenta zione di.potenza attraverso il dispositivo 7. Comeevidente dalla fig. 7, un valore di calcolo di tempo pari a 40.000 cori risponde ad un'angolo operativo di 180°. Di conseguenza, durante il controllo di angolo di fase il valore nella tensione della tensione
/in corrente alternata viene posto pari a 0 durante l' intera semi-onda. Dal momento che ciascuna semi-onda della tensione di corrente alternata viene manipolata secondo la dimensione dell'angolo operativo, la potenza effettiva o Udigit,i è 0 nel presente caso con un valore di calcolo di 40.000 o con un angolo operativo di 180°. Una diminuzione del valore di calcolo di tempo realizza un’aumento dell'effettivo valore Udigit,i di tensione.
La fig. 7 illustra le curve A. B e C che vennero determinate per valori effettivi della tensione di rete di 233 V per una curva A e 220 V per una curva B e di 190 V per una curva C. Il valore fissato Ssoll,i espresso con i valori di calcolo di tempo viene determinato assegnando il valore Udigit,i derivato dalla potenza Ni riscaldante determinata conformemen te alla curva di taratura secondo la fig. 7.
Nella successiva fase S4 nella fig. 2 il metodo di controllo di temperatura segue un ciclo in cui i predetermina fissati
ti valori Ssoll,i/sono regolati secondo la data curva di tempe ratura desiderata in successivi intervalli di tempo. Il calco lo di intervallo di tempo viene qui incrementato per progredire dall'intervalloδti i di tempo all'intervallo δti di tempo.
Secondo la presente realizzazione, la durata di un'in tervallo di tempo è fissata ed è costante e rispettivamente si estende per una semi- onda della corrente alternata utilizzata per riscaldare. Ad una frequenza di 50 Hz per la tensione di alimentazione in corrente alternata, la durata di ciascun intervallo di tempo è di 10 ms. Tuttavia, possono essere anch utilizzati intervalli di tempo di corrispondenti diverse dura te. Inoltre, un'intervallo di tempo può prolungarsi per numerose semi-onde della corrente alternata di riscaldamento. Tut tavia, è vantaggioso quando gli intervalli di tempo sono ciascuno un multiplo intero della durata della semi-onda della cor rente alternata.
Nella successiva fase S5, un valore fissato Ssoll,i viene tenuto costante nel dispositivo 7 per controllare il mez zo 6 di alimentazione di potenza 6 durante l'intervallo δti , di tempo, e il sistema viene riscaldato ad una potenza riscaldante che è costante per la durata del'intervallo δti di tempo.
Nella successiva fase S6 del controllo di temperatura, la tensione che viene realmente applicata al dispositivo riscaldante 2 viene misurata con l'aiuto del mezzo 4 di misurazione di tensione.
La tensione che è in realtà applicata al dispositivo 2 riscaldante viene misurata in modo permanente durante l'intero metodo di controllo di temperatura quando vengono utiliz zati gli intervalli di tempo con la durata di una semi-onda, un effettivo valore di tensione essendo rispettivamente determinato dalla tensione riscaldata alternata che viene applicata .
In un'altra vantaggiosa realizzazione, la effettiva corrente fluente attraverso il dispositivo riscaldante viene misurata con l'aiuto del mezzo 5 di misurazione di corrente oltre alla effettiva tensione realmente applicata al dispositivo riscaldante. In questo caso, una potenza riscaldante che realmente utilizzata nel dispositivo riscaldante entro l'inter
vallo δti di tempo viene determinata moltiplicando gli effet
tivi valori misurati per la corrente e per la tensione.
Nella successiva fase S7 del controllo di temperatu-
ra, il valore di tensione misurato che è realmente presente
nel dispositivo riscaldante viene convertito in un valore Sist,i
fissato secondo la curva di taratura della fig. 7.
Nella successiva fase S8, vengono confrontati il valo
re Ssoll,i e il valore Sist,i. Quando i due valori differisco
no l'uno dall'altro di più di un valore predeterminato di tol
leranza, il valore Ssoll,i+1 fissato viene aumentato per il
successivo intervallo di tempo della differenza Ssoll,i - Sist,i
Perciò, quando la tensione riscaldante misurata del dispositi
vo riscaldante è inferiore alla tensione prima calcolata secon
do il corrispondente valore Ssoll,i fissato, la tensione ri-
scaldante convertita in un valore Ssoll,i+i fissato viene au-
mentata della quantità della deviazione nel successivo intervallo δti+i di tempo. Quando la tensione riscaldante misurata
è più alta rispetto alla tensione riscaldante Ssoll,i+1 calco
lata da applicare, la tensione riscaldante da applicare viene abbassata della quantità della deviazione espressa nei valori fissati nel successivo intervallo δt i 1 di tempo. Dopo che è
stato calcolato il nuovo valore Ssoll,i+1 fissato, il metodo
torna nuovamente nella fase S4.
differiscono
Al contrario, quando Sist,i e Ssoll,i/l'uno rispetto al'altro diunvalorre inferiore rispetto alla tolleranza predeterminata , viene continuato il procedimento per realizzare l'incremento nuovamente dell'intervallo di tempo da ti a ti 1/nella fase S4. Il va
lore Ssoll,i+1 fissato precedentemente determinato viene ora
adottato nella forma invariata. Invece del confronto dei valo
ri fissati per la tensione riscaldante calcolati in origine e
la tensione riscaldante misurata interpretata come un valore
fissato, potrebbe essere anche fatto un confronto diretto del
le tensioni riscaldanti con un confronto della potenza riscall
dante calcolata con la potenza riscaldante misurata. Oltre al
sopra-descritto metodo di controllo per rispettivamente la ten
sione riscaldante e la potenza riscaldante che confronta i va i valori lori fissati rispettivamente per i valori calcolati e/realmen
te misurati, potrebbe essere anche realizzata una misurazione della temperatura mediante il foto-diodo 3 sensibile a radia-
zione termica per regolare nuovamente la temperatura prevalen
te sul tubo atomizzatore in una simile operazione di controllo. Invece della correzione dei valori fissati, la potenza riscal
dante da applicare al dispositivo riscaldante viene nuovamente
calcolata secondo la temperatura misurata e viene convertita
in un valore fissato in una tale realizzazione del metodo dopo
ciascun intervallo di tempo. Il valore fissato nuovamente cal
colato per il corrispondente successivo intervallo di tempo deve essere possibilmente inoltre modificato secondo il sopra
descritto metodo mediante la differenza fra i valori fissati per la tensione riscaldante calcolata da applicare entro il presente intervallo di tempo e la tensione riscaldante misurata.
Verrà ora discussa con maggiori particolari la deter minazone empirica del valori che sono tipici del sistema e che dipendono dalla temperatura e dalla ripidità di temperatura e che consi derano la capacità termica CW dinamica e la potenza NV dissi pata dalle proprietà di riscaldamento e di raffreddamento su applicazione di diverse potenze riscaldanti. Le figg. 3 e 5 i lustrano caratteristiche temperatura-tempo con la potenza riscaldante del parametro per rispettivamente il tubo atomiz zatore riscaldato traversalmente e il tubo atomizzatore riscal dato longitudinalmente, per un particolare sistema, cioè una particolare disposizione di un tubo atomizzatore e di un dispi sitivo riscaldante. Ciascuna delle curve della caratteristica è dotata di una coppia di valori che dapprima indicano la tempe ratura massima ottenuta e dopo la potenza riscaldante applica ta, espressi con valori della effettiva tensione Udigit. La temperatura del tubo atomizzatore viene misurata con il fotodiodo 3 sensibile alla radiazione termica tarato per determinare dette caratteristiche. Le singole curve delle carat teristiche vengono registrate per un periodo succificientemente lungo da permettere la regolazione di una condizione di equili brio dèl tubo atomizzatore in cui la ripidità delle curve di temperatura si avvicina a 0 e la potenza riscaldante fornita è così ugua le alla potenza dissipata in uscita. Quando viene spenta la potenza riscaldante non appena è stata raggiunta lacondizione di equilibrio, il tubo atomizzatore viene nuovamente raffred dato, la velcità di raffreddamento è la più alta temperatura prevalente sul tubo atomizzatore. I valori per la potenza NV dissipata
(T, 0)/per diverse temperature secondo date massime tempera ture di ciascuna curva caratteristica con la ripidità T'=0 della curva di temperatura sono direttamente ottenuti attraapplicata
verso il valore della potenza N ricaldante/(secondo l'èquazio ne (1)) dalle caratteristiche, come sono, per esempio, illustrate dalle fig. 3 e 4. La corrispondente capacità CW (T, 0) termica dinamica è determinata studiando il valore limite nel l'istante in cui la potenza riscadante viene spenta in ciascu na curva caratteristica. Dal momento che la capacità termica dinamica che viene qui utilizzata, come anche la potenza dissipata rappresentano ciascuna una funzione costante, i valori della capacità termica dinamica CW (T,0) e CW (T, —T ' ) e delle potenze dissipate NV (T, 0) e NV (T, -T') sono ciascuno il medesimo nel momento in cui la potenza riscaldante viene spen ta, -T' è il valore limite della ripidità della curva di tempe ratura direttamente dopo che è stata spenta la potenza riscal dante. Perciò, il valore per la capacità termica dinamica CW (T,0) per il valore limite -T' può esseredirettamente ,calcolato dopo che la potenza riscaldante è stata spenta inseren do il valore che può essere direttamente determinato per la potenza dissipata NV (T, 0) nella equazione(1). Dal momento che la potenza riscaldante è 0, la capacità termica dinamica C (T, 0) diventa NV (T, 0)/T'. Il valore di T' è determinato dal le caratteristiche. Una approssimazione parabolica viene vantaggiosamente realizzata per ottenere il valore di T' in un me do che è il più esatto possibile direttamente dopo che la potenza riscaldante è stata spenta. Tuttavia, potrebbero essere anche utilizzati altri metodi di approssimazione per ottenere il valore di T' dai valori misurati secondo la caratteristica,
Inoltre, la capacità termica dinamica e la potenza dis sipata per le diverse temperature e per le diverse ripidità della curva di temperatura nella condizione di non equilibrio possono essere determinate secondo il presente metodo. A questo scopo, le caratteristiche temperatura - tempo vengono determinate per una potenza massima riscaldante del dispositivo riscaldante. La fig. 5 e la fig. 6 illustrano tali caratteristiche rispettivamente per un tubo atomizzatore riscaldato tra versalmente e per un tubo atomizzatore riscaldato longitudinal mente. Il dispositivo riscaldante viene azionato alla massima potenza riscaldante e viene nuovamente misurata la temperatu ra del tubo atomizzatore con il foto-diodo 3. Tuttavia, la po tenza riscaldante è già stata spenta dopo periodi relativamente brevi prima che il sistema termico raggiunga una condizione di equilibrio. Una coppia di valori che dapprima indicano la temperatura massima raggiunta e successivamente la potenza riscaldante massima applicata vieneillustrata nelle caratteristiche della fig. 5 e 6, ognuno vicino a un valore massimo di ciascuna caratteristica. Per analogia con i casi descritti sopra con il sistema che si trova in una condizione di equili brio, la capacità termica dinamica CW (T, T') e la potenza dis sipata NV (T, T') sono ora calcolate per diverse temperature e per diverse ripidità delle curve di temperatura secondo le curve mostrate nelle fig. 5 e 6 studiando i valori limiti per le curve direttamente prima e dopo lo spegnimento della poten za riscaldante. L'equazione (l) viene nuovamente utilizzata per questo scopo, facendo due affermazioni per l'equazione (1). Primo,il valore limite della ripidità della curva di tempera tura immediatamente prima dello spegnimento della potenza riscaldante {cioè durante la fase di riscaldamento) e la poten za riscaldante massima vengono inseriti nell'equazione (1); secondo,il valore limite della ripidità della curva di tempera tura viene utilizzato immediatamente dopo che è stata spenta la potenza riscaldante (cioè nella fase di raffreddamento), e il i valore 0 viene inserito per la potenza riscaldante. In base alla condizione sopra-menzionata per la continuità delle funzioni che dipendono dalla ripidità della curva di temperatura per la capacità termica dinamica e per la potenza dissipata, si ottiene perciò un sistema di equazioni da due equazioni con due incognite in base alle quali possono essere determinati in modo non ambiguo i valori di CW (T, T' ) e NV (T, Τ'):
Nell'equazione (2) T1e Τ'2 rappresentano il valore limite per la ripidità della curva di temperatura prima e dopc' lo spegnimento della potenza termica. I valori per la capacita termica-dinamica CW (T, T') e per la potenza dissipata NV (T, T') per diverse temperature e per diverse ripidità della curva di temperatura vengono'determinati-in questo modo per una potenza riscaldante al massimo applicata al dispositivo riscal dante.
I valori determinati in una posizione di equilibrio e in una condizione di non equilibrio del sistema sono ciascuro memorizzato in tabelle di valori per la capacità termica dina mica CW e per la potenza dissipata NV per particolari valori della temperatura T e della ripidità T’ della curva di temperatura. I valori di CW e NV sono determinati mediante interpolazione lineare per tali desiderati valori di temperatura e per tali desiderati valori diripiditàdi curva di temperatura che non corrispondono ad una coppia di valori di (T, Τ') memorizzati nella tabella. In pratica, si è scoperto che ciò è suf ficiente quando la capacità termica dinamica e la potenza dissipata vengono determinati con una pluralità di potenze riscal danti nella condizione di equilibrio e con una potenza massimi riscaldante nella condizione di non equilibrio con una plurali tà di temperature e quando i valori di CW e NV vengono calcoli ti Der valori intermedi della rioidtà della curva di temperatura e della desiderata temperatura mediante interpolazione. Ciò riduce considerevolmente il temoo necessario per preparare le tabelle di valori secondo le corrispondenti caratterietiche temperatura-tempo con successivi procedimenti di riscal damento. D'altro canto, il metodo potrebbe essere modificato in modo tale che la valutazione della capacità termica dinami ca CW della potenza dissipata NV nella condizione di non equi librio venga determinata per una pluralità di potenza riscaldante secondo la formula (2) invece del solo impiego della po tenza riscaldante disponibile al massimo.
La fig. 8 illustra un esempio di una desiderata, com plicata curva S di temperatura e della corrispondente curva I di temperatura attualmente realizzata con il metodo dell'in venzione per un tubo riscaldato longitudinalmente. Come è evi dente dalla illustrazione, la predeterminata curva di temperatura desiderata può essere ottenuta con elevata precisione.
Claims (23)
- RIVENDICAZIONI 1. Metodo per controllare la temperatura di un siste ma secondo una desiderata curva di temperatura che è divisa in intervalli predeterminati di tempo ed ha una temperatura desi derata assegnata a ciascun intervallo di tempo, il sistema es sendo riscaldato mediante potenza riscaldante applicata ad un dispositivo riscaldante, caratterizzato dal fatto che la potei za riscaldante da applicare a detto dispositivo riscaldante dirante un'intervallo di tempo è determinato in risposta alla tem peratura desiderataed ad una ripidità di curva di temperatura del corrispondente intervallo di tempo utilizzando caratteristiche dinamiche di riscaldamento e di raffreddamento deter minate empiricamente tipiche del sistema, dal fatto che la po tenza riscaldante determinata per ciascun intervallo di tempo è convertita secondo una curva di taratura in un valore fissato per un dispositivo di controllo di potenza riscaldante, dal fatto che la potenza riscaldante realmente applicata a detto dispositivo riscaldante è determinata in ciascun intervallo di tempo, detta potenza riscaldante avendo assegnata ad essa un valore fissato di confronto, e dal fatto che quando il valore fissato devia dal valore fissato di confronto di più di un va lore predeterminato di tolleranza entro il corrispondente intervallo di tempo, il valore fissato del corrispondente suecessivo intervallo di tempo viene cambiato in risposta a detta deviazione.
- 2. Metodo secondo rivendicazione 1, caratterizzato in quanto la potenza riscaldante è calcolata con l'aiuto di valori che dipendono dalla temperatura e dalla ripidità di cur va di temperatura e che considerano una capacità termica-dina mica CW e una potenza dissipata NV di detto sistema.
- 3. Metodo secondo rivendicazione 2, caratterizzato in quanto la potenza riscaldante da applicare entro un corrispondente intervallo di tempo (iesimo) viene calcolata secondo laformula in cui Ni è la potenza riscaldante da fornire al sistema nell'intervallo di tempo iesimo, Ti è la temperatura desiderata dell'intervallo di tempo iesimo, T'i è una ripidità di curve di temperatura corrispondente alla desiderata velocità di riscaldamento nell'intervallo di tempo iesimo, tale ripidità è determinata dalla differenza delle temperature desiderate degli intervalli di tempo iesimo e i-1 divisi per la lunghezza dell'intervallo di tempo iesimo, e CW (T', T'i) sono i valori che dipendono dalla temperatura e dalla ripidità di curva di temperatura e sono empiricamente determinati dai procedimenti dinamici di riscaldamento e di raffreddamento tipici del sistema e che considerano la capacità termica-dinamica e la potenza dissipata.
- 4.Metodo secondo la rivendicazione 3, caratterizzata in quanto i singoli valori che sono assegnati ad una particolare temperatura ed ad una particolare ripidità di curva di temperatura e che considerano la capacità termica-dinamica e la potenza dissipata del sistema sono determinati in quanto il sistema è riscaldato per una particolare potenza riscaldan te fino ad una determinata temperatura alla auale viene spenta la potenza riscaldante e viene determinata la ripidità della curva di temperatura drettamente prima e direttamente dopo lo spegnimento della potenza riscaldante.
- 5. Metodo secondo rivendicazione 4, caratterizzato in quanti valori per la capacità termica-dinamica e per la potenza dissipata vengono calcolati secondo le seguenti due successive formule: in cui T'1 e T’2 rappresentano i valori di ripidità di curve di temperatura determinati immediatamente prima e dopo lo spegnimento della potenza riscaldante, e Nv (T T'1 ) sono i valori che dipendono dalla temperaturaT e dalla ripidità T'1 di curve di temperatura durante il periodo di riscaldamen to direttamente prima dello spegnimento e che considerano la capacità termica dinamica e la potenza dissipata, ed N è la po tenza riscaldante costante applicata prima dello spegnimento.
- 6. Metodo secondo rivendicazione 4 o 5, caratterizzato in quanto i valori di ripidità di curve di temperatura determinati direttamente prima e direttamente dopo il tempo in cui la potenza riscaldante elettrica viene spenta sono ottenuti mediante regolazione parabolica.
- 7. Metodo secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni , caratterizzato in quanto una tabella di valori per la capacità termica dinamica CW e per la potenza dissipata NV viene rispettivamente preparata per una pluralità di valori di temperaturaedi valori di ripidità di curva di temperatura.
- 8. Metodo secondo rivendicazione 7, caratterizzato in quanto la capacità termica dinamica e la potenza dissipata sono determinate per una pluralità di valori per la potenza riscaldante ed una condizione di equilibrio del sistema in cui la potenza dissipata è uguale alla potenza riscaldante e per una potenza riscaldante al massimo fornita al sistema per una pluralità di valori di temperatura del sistema non in equilibrio .
- 9. Metodo secondo rivendicazione 8, caratterizzato in quanto i sistemi a temperatura controllata possono essere scambiati, una tabella di valori essendo separatamente determinata per ciascun sistema.
- 10. Metodo secondo rivendicazione 1, caratterizzato in quanto la potenza riscaldante da applicare entro un'intervallo di tempo è determinata in base alla temperatura e alla ripidità della curva di temperatura desiderate entro il corri spondente intervallo da una caratteristica temperatura-tempo determinata empiricamente utilizzando diverse potenze riscaldanti-
- 11. Metodo secondo rivendicazione 10, caratterizzato in quanto viene formata una tabella di valori per la potenza riscaldante per una corrispondente pluralità di temperatura e di ripidità di curve di temperatura.
- 12.'Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni dalla 8 alla 11, caratterizzato in quanto le tabelledi valori sono memorizzate in un mezzo a memoria.
- 13. Metodo secondo una quanliasi delle rivendicazioni dalla 7 alla 12, caratterizzato in quanto la interpolazione lineare viene utilizzata per determinare la potenza riscaldante per valori diversi contenuti nelle tabelle di valori per la temperatura e per la ripidità di curve di temperatura desiderate.
- 14. rMstodo secondo una qualsiasi delle precedenti ri vendicazioni caratterizzato in quanto la potenza riscaldante realmente applicata al dispositivo riscaldante è determinata misurando il valore effettivo di una tensione elettrica, tale valore viene convertito in una potenza riscaldante.
- 15. Metodo secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato in quanto, quando la deviazione del valore fissato dal valore fissato di confronto viene supe rata di un predeterminato valore di tolleranza entro un'inter vallo di tempo, il valore fissato del corrispondente successi vò intervallo di tempo viene cambiato sommando la quantità dif ferenza tra il valore fissato e il valore fissato di confronto
- 16. Metodo secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato in quanto una temperatura istantanea del sistema viene -ulteriormente misurata entro ciascun intervallo di tempo, detta temperatura istantaneaessendo concon fròntatà/la temperatura desiderata, e quando una deviazione di detta temperatura istantanea dalla temperatura desiderata supera un valore predeterminato, la temperatura desiderata del corrispondente successivo intervallo di tempo viene cambiata in risposta a detta deviazione.
- 17. Metodo secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato in quanto la curva di temperatura è divisa in intervalli di tempo equidistanti.
- 18. Metodo secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato in quanto viene utilizzata una coi rente alternata in detto dispositivo riscaldante per detto sistema riscaldante.
- 19. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni dalla 17 alla 18, caratterizzata in quanto detto intervallo di tempo si estende per una semi-onda della corrente alternata.
- 20. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 17-19, caratterizzato in quanto un'intervallo di tempo ha una durata dì 10 ms.
- 21. Metodo secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato in quanto un controllo di angolo di fase viene utilizzato in detto dispositivo riscaldante.
- 22. Metodo secondo la rivendicazione 19, caratterizzato in auanto i valori fissati corrispondono agli angoli operativi di detto controllo di angolo di fase.
- 23. Metodo secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato in quanto detto sistema è un'atomizzatore a tubo allungato di grafite in un apparato per croma tografia.
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