RU2053541C1 - Apparatus for controlling temperature of flow-through fluid - Google Patents
Apparatus for controlling temperature of flow-through fluid Download PDFInfo
- Publication number
- RU2053541C1 RU2053541C1 SU4905448A RU2053541C1 RU 2053541 C1 RU2053541 C1 RU 2053541C1 SU 4905448 A SU4905448 A SU 4905448A RU 2053541 C1 RU2053541 C1 RU 2053541C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- temperature
- medium
- volume
- heater
- Prior art date
Links
Landscapes
- Control Of Temperature (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к средствам регулирования температуры в различных технологических процессах подачей регулируемого напряжения на исполнительный элемент. The invention relates to temperature control in various technological processes by applying a regulated voltage to the actuator.
Известны устройства для регулирования температуры 11, 2, 31, у которых выход второго датчика подключен к входу сумматора, второй вход которого соединен с выходом элемента сравнения. Known devices for controlling the temperature 11, 2, 31, in which the output of the second sensor is connected to the input of the adder, the second input of which is connected to the output of the comparison element.
Недостатком этих устройств является то, что они не позволяют обеспечить требуемую точность регулирования проточной среды, так как на параметры объекта регулирования существенно влияет изменение скорости потока. The disadvantage of these devices is that they do not allow to provide the required accuracy of regulation of the flowing medium, since the parameters of the regulation object are significantly affected by the change in flow rate.
Известно устройство для регулирования температуры 141, в котором на технологический процесс регулирования основное влияние оказывает проточная среда. A device for controlling the temperature 141 is known, in which the flow medium mainly influences the control process.
Недостатком этого устройства является то, что управление этим технологическим процессом требует подачу извне проточной среды нужной температуры, что не всегда осуществимо. The disadvantage of this device is that the control of this technological process requires the supply of the desired temperature from the outside of the flowing medium, which is not always feasible.
Известно устройство для регулирования температуры проточной среды 151, которое используется для поддержания переменного температурного режима по заданной программе в системах с проточной рабочей средой. Устройство содержит первый и второй датчики температуры, измерительные преобразователи, включающие в себя измерительный мост, усилитель и амплитудный детектор, программный задатчик, включающий в себя генератор импульсов, делитель частоты и коммутатор, а также формирователь программы, решающий операционный усилитель, формирователь управляющего сигнала и исполнительный элементы. Устройство позволяет автоматически регулировать температуру протекающей воды в рабочем объеме. Устройство определяет значение температуры, которую требуется обеспечить среде для подачи ее на вход рабочего объема по значению температуры среды на выходе рабочего объема и по значению температуры, заданной задатчиком. A device for controlling the temperature of the flowing medium 151 is known, which is used to maintain a variable temperature regime according to a given program in systems with a flowing working medium. The device comprises first and second temperature sensors, measuring transducers, including a measuring bridge, an amplifier and an amplitude detector, a program setter, including a pulse generator, a frequency divider and a switch, as well as a program shaper, a decisive operational amplifier, a control signal shaper, and an executive elements. The device allows you to automatically adjust the temperature of the flowing water in the working volume. The device determines the temperature value that the medium needs to provide for supplying it to the inlet of the working volume from the value of the temperature of the medium at the outlet of the working volume and from the temperature set by the setpoint.
Недостатком этого устройства является то, что для осуществления технологического процесса регулирования требуется дополнительная конструкция второго резервуара (объема), в котором осуществляется дополнительная подготовка рабочей среды, его обогрев или охлаждение. The disadvantage of this device is that for the implementation of the technological process of regulation requires an additional design of the second tank (volume), in which additional preparation of the working medium is carried out, it is heated or cooled.
Цель изобретения экономия энергетических ресурсов, увеличение надежности и продолжительности эксплуатации, уменьшение габаритов, веса и стоимости оборудования при сохранении точности и быстродействия регулирования. Экономический эффект ожидается за счет снижения затрат на топливо и на оборудование. Повышение быстродействия регулятора повышает динамическую точность и обеспечивает более точное поддержание режима, нарушение которого приводит к нежелательному эффекту, нарушению технологического процесса. The purpose of the invention is the saving of energy resources, increasing the reliability and duration of operation, reducing the dimensions, weight and cost of equipment while maintaining the accuracy and speed of regulation. The economic effect is expected by reducing the cost of fuel and equipment. Increasing the speed of the controller increases dynamic accuracy and provides more accurate maintenance of the mode, violation of which leads to an undesirable effect, disruption of the process.
Цель достигается тем, что в устройстве, содержащем программный задатчик температуры, первый и второй датчики температуры, установленные соответственно в потоке втекающей и вытекающей из объема среды, снабженные измерительными преобразователями на выходе, вычитающий блок, к входам которого подключены выходы программного задатчика температуры и измерительного преобразователя, установленного на выходе второго датчика температуры, последовательно соединенные формирователь управляющего сигнала и исполнительный элемент с нагревателем на выходе, нагреватель установлен в объеме протекающей среды, а формирователь управляющего сигнала выполнен в виде последовательно соединенных сумматора и блока вычисления напряжения на нагревателе, выход которого является выходом формирователя, а выходы сумматора соединены с выходами измерительного преобразователя, установленного на выходе первого датчика температуры, и вычитающего блока, являются входами формирователя. The goal is achieved by the fact that in a device containing a software temperature setter, the first and second temperature sensors are installed respectively in the flow of the flowing in and out of the volume of the medium, equipped with measuring transducers at the output, a subtracting unit, the inputs of which are connected to the outputs of the software temperature setter and measuring transducer installed at the output of the second temperature sensor, serially connected control driver and actuator with heater at the output, the heater is installed in the volume of the flowing medium, and the driver of the control signal is made in the form of a series-connected adder and a unit for calculating the voltage on the heater, the output of which is the output of the driver, and the outputs of the adder are connected to the outputs of the measuring transducer installed at the output of the first temperature sensor, and subtracting block, are the inputs of the shaper.
Внесение в рабочий объем элемента, преобразующего электрическую энергию в тепловую, позволит уменьшить потерю энергии, неизбежно затрачиваемую в связи с теплоотдачей конструкции дополнительного объема, используемого для подготовки рабочей среды. Уменьшаются габариты, вес и стоимость оборудования, так как отпадает необходимость в дополнительном объеме. В то же время введенный в формирователь блок вычисления определяет требуемую величину напряжения, воздействующего на нагреватель. Повышение быстродействия регулирующего органа, которым является нагревательный элемент, прямо воздействующий на рабочую среду, повышает динамическую точность регулирования. The introduction into the working volume of the element that converts electrical energy into heat will reduce the energy loss inevitably expended in connection with the heat transfer of the design of the additional volume used to prepare the working medium. The dimensions, weight and cost of equipment are reduced, as there is no need for additional volume. At the same time, the calculation unit introduced into the shaper determines the required value of the voltage acting on the heater. Increasing the speed of the regulatory body, which is a heating element that directly affects the working environment, increases the dynamic accuracy of regulation.
На чертеже изображена структурная схема предлагаемого устройства. The drawing shows a structural diagram of the proposed device.
На входе в рабочий объем в проточной среде установлен датчик температуры 1, выход которого поступает на вход измерительного преобразователя 3. На выходе из рабочего объема в рабочей среде установлен датчик температуры 2, выход которого поступает на вход измерительного преобразователя 4. В рабочем объеме с входа на выход протекает рабочая среда с заданным коэффициентом потока. У входа в рабочем объеме расположен нагревательный элемент, на вход которого подается напряжение заданной величины исполнительным элементом 10. Выходные сигналы задатчика температуры 5 и измерительного преобразователя 4 поступают на входы вычитающего блока 6, соответственно на положительный и отрицательный. Формирователь управляющего сигнала 7 включает в себя сумматор 8 и блок вычисления 9. Выход вычитающего блока 6 подключен на первый вход сумматора 8, а выход измерительного преобразователя 3 подключен на второй вход сумматора 8. Выход сумматора 8 подключен на вход блока вычисления 9, выход которого подключен на вход исполнительного элемента 10 с нагревателями на выходе. At the entrance to the working volume in the flowing medium, a temperature sensor 1 is installed, the output of which goes to the input of the measuring transducer 3. At the output of the working volume in the working medium, a temperature sensor 2 is installed, the output of which goes to the input of the measuring transducer 4. In the working volume from the input to the output is a working medium with a given flow coefficient. At the entrance to the working volume there is a heating element, the input of which is supplied with a voltage of a given value by the actuating element 10. The output signals of the temperature setter 5 and the measuring transducer 4 are fed to the inputs of the subtracting unit 6, respectively, positive and negative. The control signal generator 7 includes an adder 8 and a calculation unit 9. The output of the subtracting unit 6 is connected to the first input of the adder 8, and the output of the measuring transducer 3 is connected to the second input of the adder 8. The output of the adder 8 is connected to the input of the calculation unit 9, the output of which is connected the input of the actuating element 10 with heaters at the output.
Подключение термочувствительных элементов к измерительным преобразователям (1 к 3), (2 к 4) позволяют получить электрические сигналы, величины которых соответствуют температурам на входе в рабочий объем и на выходе. Connection of thermosensitive elements to measuring transducers (1 to 3), (2 to 4) allows to obtain electrical signals whose values correspond to temperatures at the inlet to the working volume and at the outlet.
Программный задатчик температуры 5 формирует электрический сигнал, величина которого соответствует значению заданной температуры. The software temperature setter 5 generates an electrical signal, the value of which corresponds to the value of the set temperature.
Вычитающий блок 6 от сигнала, поступающего на положительный вход с выхода задатчика 5, отнимает сигнал, поступающий на отрицательный вход с выхода измерительного преобразователя 6. Сигнал на выходе вычитателя 6 определяется по формуле, учитывающей коэффициент протока
U6 U5 (1 α) U4 Тзад (1 α)Твых; где U5 сигнал с выхода программного задатчика 5;
U4 сигнал с выхода измерительного преобразователя температуры на выходе рабочего объема.The subtracting unit 6 from the signal input to the positive input from the output of the setter 5 takes away the signal arriving at the negative input from the output of the measuring transducer 6. The signal at the output of the subtractor 6 is determined by the formula taking into account the flow coefficient
U 6 U 5 (1 α) U 4 T backside (1 α) T out ; where U 5 the signal from the output of the master 5;
U 4 signal from the output of the temperature measuring transducer at the output of the working volume.
Регулируемый технологический процесс можно описать формулой
CUТвн + С(U α U)Твых + С α UТвх
СUТзад, где С теплоемкость среды;
Тзад заданная температура;
Твх температура среды, входящей в рабочий объем;
Твых температура среды, выходящая из рабочего объема;
α коэффициент протока.An adjustable process can be described by the formula
CUT + C ext (U α U) T + C O α UT Rin
CUT ass , where C is the heat capacity of the medium;
T ass set temperature;
T in the temperature of the medium included in the working volume;
T o the temperature of the medium leaving the working volume;
α duct coefficient.
При этом исходили из того, что, если установить такой режим потока, при котором в единицу времени в рабочем объеме замещается единичный объем воды, при этом температура рабочей среды на входе к рабочему объему не регулируется, то требуется дополнительный внутренний источник тепла Твн, который и был приведен в формуле. Согласно закону сохранения энергии вся теплота, выделенная внутренним источником в рабочем объеме и внесенная извне, расходуется на изменение внутренней энергии вещества, содержащегося в этом объеме. We proceeded from the fact that if you establish a flow regime in which a unit volume of water is replaced per unit time in the working volume, while the temperature of the working medium at the inlet to the working volume is not regulated, then an additional internal heat source, Tw, is required, which was given in the formula. According to the law of conservation of energy, all the heat released by an internal source in the working volume and introduced from the outside is spent on changing the internal energy of the substance contained in this volume.
Количество теплоты, выделяемое в рабочем объеме электрическим нагревателем, определяется законом Джоуля-Ленца
Q I2Rt, где Q количество теплоты;
I ток нагрузки;
R сопротивление нагрузки;
t время прохождения тока.The amount of heat released in the working volume by an electric heater is determined by the Joule-Lenz law
QI 2 Rt, where Q is the amount of heat;
I load current;
R load resistance;
t current passage time.
Решая это уравнение с уравнением передачи тепла внутренним источником, получим CUТвнt I2Rt. Это выражение позволит найти напряжение, которое требуется подать на нагревательные элементы
Uнагр= I•R R• 
t время;
Твн температура внутреннего источника, величину которой определяют на выходе сумматора 8 по формуле, полученной из закона сохранения энергии
Твн Тзад α Твх (1 α)Твых, т.е. U8 U6 -α U3.Solving this equation with the equation of heat transfer internal source, obtain CUT corolla t I 2 Rt. This expression will allow you to find the voltage that you want to apply to the heating elements
U load = I • RR •
t time;
T vn is the temperature of the internal source, the value of which is determined at the output of the adder 8 according to the formula obtained from the law of conservation of energy
T int T back α T in (1 α) T out , i.e. U 8 U 6 -α U 3 .
Вычислительный блок 9 формирователя 7 определяет значение напряжения, которое требуется подать на нагрузку по входному требуемому значению температуры внутреннего источника тепла и по заданным (или определенным в процессе эксплуатации) значениям теплоемкости среды С, рабочему объему и сопротивлению нагрузки, т.е. вычислительный блок должен найти корень квадратный из произведения этих величин (см. формулу 1). Computing unit 9 of the shaper 7 determines the voltage value that needs to be supplied to the load from the input required value of the temperature of the internal heat source and from the specified (or determined during operation) values of the heat capacity of the medium C, working volume and load resistance, i.e. the computing unit must find the square root of the product of these quantities (see formula 1).
Исполнительный механизм, получив сигнал желаемого напряжения, усиливает этот сигнал по мощности и подает на нагревательный элемент. The actuator, having received a signal of the desired voltage, amplifies this signal in power and supplies it to the heating element.
В статическом состоянии температура на выходе рабочего объема в проточной среде равна заданному значению, температу-ра внутреннего нагревателя равна Твн α (Твых Твх), напряжение, поступающее на нагревательные элементы, постоянно. При изменении температуры проточной среды, поступающей на вход рабочего объема, или при изменении коэффициента протока напряжение на нагревателе, изменяется и формируется по выше приведенным формулам.In a static state, the temperature at the outlet of the working volume in the flowing medium is equal to a predetermined value, the temperature of the internal heater is equal to T int α (T out T in ), the voltage supplied to the heating elements is constant. When the temperature of the flowing medium arriving at the inlet of the working volume changes, or when the flow coefficient changes, the voltage on the heater changes and is formed according to the above formulas.
Таким образом, предлагаемое устройство производит автоматическое измерение температуры рабочей среды на входе и выходе рабочего объема, определяет требуемую температуру внутреннего источника и вычисляет напряжение, которое должно поступить на нагревательный элемент, а исполнительный элемент формирует импульсы управления тиристорами, подключающими нагрузку к источнику питания. Thus, the proposed device performs automatic measurement of the temperature of the working medium at the input and output of the working volume, determines the required temperature of the internal source and calculates the voltage that must be supplied to the heating element, and the actuating element generates control pulses of the thyristors that connect the load to the power source.
Воздействие нагревательного элемента на проточную среду в рабочем объеме повышает быстродействие системы регулирования в динамических режимах, уменьшая ошибку регулирования. Использование рабочего объема без второго дополнительного, используемого для предварительного нагрева рабочей среды, упрощает конструкцию системы регулирования, уменьшается ее вес, габариты, себестоимость. Использование внутреннего источника тепла уменьшает потери тепла, идущие на обогрев внешней среды в дополнительном объеме, что экономит энергозатраты. Все это приводит к экономическому эффекту. The effect of the heating element on the flowing medium in the working volume increases the speed of the control system in dynamic modes, reducing the control error. The use of the working volume without a second additional one used for preheating the working medium simplifies the design of the control system, its weight, dimensions, and cost are reduced. The use of an internal heat source reduces the heat loss spent on heating the external environment in an additional volume, which saves energy costs. All this leads to an economic effect.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU4905448 RU2053541C1 (en) | 1990-11-26 | 1990-11-26 | Apparatus for controlling temperature of flow-through fluid |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU4905448 RU2053541C1 (en) | 1990-11-26 | 1990-11-26 | Apparatus for controlling temperature of flow-through fluid |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2053541C1 true RU2053541C1 (en) | 1996-01-27 |
Family
ID=21557261
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SU4905448 RU2053541C1 (en) | 1990-11-26 | 1990-11-26 | Apparatus for controlling temperature of flow-through fluid |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2053541C1 (en) |
-
1990
- 1990-11-26 RU SU4905448 patent/RU2053541C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Авторское свидетельство СССР N 877490, кл.G 05D 23/19, 1981. Авторское свидетельство СССР N 953629, кл. G 05D 23/19, 1982. Авторское свидетельство СССР N 1146637, кл. G 05D 23/19, 1985. Авторское свидетельство СССР N 1472883, кл. G 05D 23/19, 1988. Авторское свидетельство СССР N 1631078, кл. G 05D 23/19, 1989. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4189093A (en) | Apparatus for regulating the temperature of a compartment or space | |
| RU2053541C1 (en) | Apparatus for controlling temperature of flow-through fluid | |
| JPS6026272B2 (en) | Heating power control device for continuous heating equipment | |
| SU879362A2 (en) | Device for controlling fuel system thermal balance | |
| SU779799A1 (en) | Method of automatic regulating of temperature at the outlet of heat exchange apparatus | |
| EP0000236A1 (en) | A method for controlling the energy balance of a system for catching, accumulating and transferring solar energy and a system therefor | |
| SU850983A2 (en) | Method of controlling steam pressure in reduction-refrigeration plants | |
| RU1787367C (en) | Method of automatic control of heat supply in greenhouses | |
| RU2109321C1 (en) | Device for automatic temperature control in electric resistance furnace | |
| SU889872A1 (en) | Method of regulating turbine duty parameter at starting process | |
| SU1145213A1 (en) | Device for controlling heating of building | |
| SU1636648A1 (en) | Method for regulation of water temperature at outlet of water heating boiler with recirculating line | |
| JPS6027405B2 (en) | temperature control device | |
| SU682735A1 (en) | Apparatus for controlling temperature of water at the outlet of a water heating boiler | |
| SU1455117A1 (en) | System for automatic regulation of temperature of superheated steam | |
| JPS57187553A (en) | Controller for water heater | |
| SU595621A1 (en) | Device for automatic control of air-cooled heat-exchance apparatus | |
| SU1320633A1 (en) | Device for controlling operating conditions of metal continuous caster furnace-mixer | |
| SU935887A1 (en) | Device for gas temperature program control | |
| SU706732A1 (en) | Device for control of heat balance of fuel system | |
| SU1379649A1 (en) | Differential calorimeter | |
| SU794615A2 (en) | Continioner control system | |
| SU632029A1 (en) | Semiconductor converter thermal protection method | |
| SU732630A1 (en) | Method for automatically controlling air temperature at the output of air heater | |
| SU1107347A2 (en) | Device for adjusting heat mode of methodical induction plant |