SU1089557A1 - Регул тор температуры - Google Patents

Abstract

РЕГУЛЯТОР ТЕМПЕРАТУРЫ,- СО держащий термодатчик объекта и задатчик температуры, подключенные к элементу сравнени , выход которого подключен через усилитель-ограничитель к первому суммирующему входу сумматора ,- второй суммирующий Ьход которого соединен с термодатчиком объекта/ а выход - с нагреват елем, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности регулировани  за счет подавлени  флуктуации темтемпературы нагревател , он содержит термодатчик нагревател ,который подключен к вычитакхцему входу сумматора . 00 ;о СП Сл

Description

Изобретение относитс  к автомати ческому регулированию температуры и может быть использовано дл  автоматизации физических экспериментов, когда требуетс  измен ть температур во времени с заданной скоростью до наперед установленного значени  с последующей стабилизацией ее на это . уровне. Известно ycTjJoftCTBo дл  регулиро вани  температуры, содержащее св ванный с нагревателем первый датчик температуры, св занный с объектом, Между выходами этих датчиков включен потенциометр, подвижный контакт которого соединен с первым входом компаратора, второй вход которого св зан с задатчиком температуры, а выход через регулирующий орган с нагревателем 1. Потенциометр позвол ет производи оптимальную настройку регул тора, однако дл  осуществлени  линейной развертки температуры необходимо задавать с задатчика температуры ли нейно-измен ющеес  напр жение. Данное устройство не позвол ет контролировать температуру объекта по сиг налу задани . Кроме того, существует зависимость степени подавлени  флуктуации температуры в нагревателе и объекте от настройки регул тора . j Наиболее близким по технической Ьущности к предлагаемому  вл етс  терморегул тор, содержащий задатчик температуры и термодатчик, подключе ные к вычитателю, выход которого соединен с входом усилител , а выхо усилител  через последовательно сое диненные сумматор и блок управлени  подключен к нагревателю, задатчик температуры подсоединен к суммирующему входу вычитател , вычитающий вход которого подключен к выходу те модатчика и второму входу сумматора . Терморегул тор обеспечивает выхо на заданное значение температуры с требуемой скоростью и автоматически переход в режим стабилизации по достижений этого значени . Однако дл  реализации линейной развертки темпе ратуры используетс  положительна  обратна  св зь, а отрицательна  обратна  св зь при этом разомкнута, в св зи с чем регул тор не обеспечивает подавлени  флуктуации температуры на нагревателе, которые, в частности, св заны, с колебанием напр жени  питани  нагревател , изменением условий теплообменна, например , с изменением расхода теплообменного газа и т.д., что приводит к флуктуации температуры объекта. Кроме того, в терморегул торе не учитываетс  инерционность нагревател , что снижает точность регулировани  температуры, так как при близких по величине посто нных времени нагревател  и объекта обеспечить его устойчивую работу затруднительно . Цель изобретени  - повышение точности регулировани  за счет подавлени  флуктуации температуры нагревател  . Поставленна  цель достигаетс  Тем, что регул тор температуры, содерзсащий термодатчик объекта и задатчик температуры, подключенные к элементу сравнени , выход которого подключен через усилитель-ограничитель к первому суммирующему входу сумматора, второй суммирующий вход KOTQporo соединен с термодатчиком объекта, а вЬход - с нагревателем, содержит термодатчик нагревател , который подключен к вычитающему входу сумматора.. В таком устройстве термодатчик нагревател , обеспечивает подавление флуктуации температуры на нагревателе в момент по влени , до того как они про в т себ  на объекте. На чертеже представлена структурна  схема устройства. Устройство содержит элемент 1 сравнени , суммирующий вход которо-го соединен с выходом задатчика 2 температуры, а вычитающий вход подсоединен к выходу термодатчика 3 объекта . Выход элемент.а 1 сравнени  по )гледовательно соединен с усилителемограничителем 4 с регулируемым уровнем ограничени , сумматором 5, усилителем 6, регулирующим органом 7- и - нагревателем 8, который воздействует на объект. Второй суммирующий вход сумматора подсоединен к выходу термодатчика 3 объекта , а вычитающий вход - к выходу термодатчика 9 нагревател , расположенного в среде, непосредственно окружа ющей нагреватель. Термодатчик 9 подключен так, что его сигнал при алгебраическом суммировании в сумматоре 5 вычитаетс  из выходных сигналов усилител -ограничител  4 и термодатчика 3. Регул тор температуры работает следующим образом. Задатчик 2 температуры вырабатывает сигнал, соответствующий требуемой температу. При изменении сигнала задани , например скачком сигнал рассогласовани , равный разности между сигналом задани  и сигналом термодатчика 3 объекта, усилившись усилителем-ограничителем 4, переведет его в режим ограничени , разомкнув тем самым второй контур регулировани . Первый контур получив управл ющее воздействие, равное установленному уровню ограничени  усилител -ограничител  4 отработает его так, что разность сигналов термодатчиков 3 и 9 станет равной выходному сигналу

усилител -ограничител  4. Объект нанет , например, разогреватьс , однаК9 пока температура объекта не достигнет заданного значени , на выходе усилител -ограничител  4 будет поддерживатьс  посто нный сигнал. По этой посто нной команде первый контур будет измен ть мощность нагревател  8 так, чтобы разность температур между температурой нагревател  и температурой объекта (тепловой напор) была посто нна. Если, например, теплообмен между объектом и нагревателем осуществл етс  струей газа, последовательно омывающей в теплоизолированном канале нагреватель и объект, то градиент температур между газом и объектом будет посто нен, что соответственно вызовет линейное нарастание температуры объекта.

По достижении объектом заданной температуры, точнее/ когда усилитель-ограничитель 4 выйдет из режима ограничени , замкнетс  второй котур регулировани . Регул тор автоматически перейдет из режима линейной развертки температуры в режим стабилизации . При этом люба  флуктуаци  температуры газа, вызванна  либо колебани ми его расхода, либо, колебани ми напр жени  питани  нагрейател ,, как в режиме линейной развертки, так и в режиме стабили (зации, сразу же будет зафиксирована 1те1 лодатчиком 9 нагревател  и подавлена по первому контуру, не дойд  до объекта и термодатчика 3. А любы флуктуации температуры объекта в режиме стабилизации будут зафиксированы .термодатчиком 3 и подавлены по второму контуру.

Такта образом, регул тор температуры обеспечивает выход по линейнму закону с требуемой скоростью на заданное значение температуры с автоматическим переходом в режим стабилизации . При этом скорость изменени  температуры можно измен ть, измен   уровень ограничени  усилител ограничител  4.

Кроме этого, регул тор температуры может также работать от прог граммного задатчика, реализующего требуемый закон изменени  температуры . В этом случае достижение уровн  ограничени  усилетелем-ограничителем 4 может служить индикатором превышени  максимальной скорости набора (сброса) температуры.

За счет наличи  первого контура устран етс  вли ние инерционности нагревател , обеспечиваетс  линейна развёртка температуры и подавление флуктуации температуры нагревател , что можно доказать следующим образом .

Пусть Ц -выходное напр жение усилител -ограничител  4, Ug, Ug выходные сигналы термодатчиков 3 и 9 соответственно, К - коэффициент передачи узлов 5, 6, и 7.

В упрощенном виде передаточную функцию нагревател  можно представить выражением

. 1

0

где посто нна  времени нагревател ;

Р - оператор Лапласа, а передаточную функцию объекта

t5

.1 + ТоР

где T.(j - посто нна  времени объекта .

Тогда дл  первого контура можно записать

(II;.U,-U,).K:. S .)

Отсюда

(14-ТнР) (1+ТоР)

+ТпР .

к

30

При достаточно большом К первым чле ном знаменател  можно пренебречь,

т.е.

. 1

(1)

З 4 Т. р

откуда следует, что вли ние инерцион ности нагревател  устранено.

Из формулы (1) видно, что первый 40 контур по отношению к входному .сигналу и представл ет собой интегратор . Это позвол ет, задава  посто ннь1й сигнал на вход первого контура, обеспечить линейную развертку тем45 пературы.

Сделав аналогичные выкладки дл  сигнала помехи действующего на нагреватель , получаем

тт п

(2)

ЗП n

50

где и, - сигнал помехи, зафиксированный термодатчиком 3; Un - сигнал помехи, приведенный к входу.нагревател . Из формулы (2) следует, 4TQ сигнал помехи подавлен в К раз в первом контуре и, соответственно, возмущающее воздействие от сигнала помехи на нагревателе дл  второго контура в К раз меньше.

По сравнению с базовым объектом в качестве которого прин т выпускаемый прибор регулирующий аналоговый Р 133 паспорт Е 3.222.013.ТО, предлагаемое устройство обладает расширенными функциональными возможност ми , .так как обеспечивает раз вертку температуры с заданной скоростью с автоматическим переходом в режю стабилизации на выбранном значении температуры без применени  генератора развертки. При этом повышаетс  точность регулировани  температуры за счет введени  в регул тор дополн тельнот го контура регулировани  с датчиком, контролирующим температуру среды, не посредственно окружающей нагреватель Дополнительный контур обеспечивает подавление флуктуации температуры нагревател  в момент их по влени , до того как они про в т себ  на объекте , т.е. реализуетс  принцип регулировани  по возмущению без применени  частотно зависимых элементов. Нгшример, при изменении расхода теплообмеиного газа на 20% при использовании Р1 33 наблкщгшось отклонение температуры на 10% от установившегос уровн . При аналогичном воздействии предлагаемое устройство обеспечило) отклонение температуры не более 2%. Дополнительный контур также уменьшает вли ние инерционности нагревател  благодар  наличию отрицательной обратной св зи по температуре нагревател . Это повышает устойчивость работы .регул тора и улучшает его динами скиё характеристики. Кроме того, регул тор без применени  дополнительных элёмейтов обеспечивает защиту нагревател  от теплового разрушени  во врем  переходных процессов и в случае наруиюни  теплового контакта нагрерател  с объектом (напрюн, есди шрекратитс  JIIPOTOK теплообмениого газа). Это обеспечиваетс  тем, что дополнительным датчиком всегда контролируетс  температура нагревател , а максимальна  разность температур между нагревателем и объектом величина задаваема  и выбираетс  такой, чтобы исключить возможность теплового разрушени  нагревател .

Claims (1)

1. РЕГУЛЯТОР ТЕМПЕРАТУРЫ,- содержащий термодатчик объекта и задатчик температуры, подключенные к элементу сравнения, выход которого подключен через усилитель-ограничитель к первому суммирующему входу сумматора,· второй суммирующий Вход которого соединен с термодатчиком объекта/ а выход - с нагревателем, отличающийся тем, что, с целью повышения точности регулирования за счет подавления флуктуаций темтемпературы нагревателя, он содержит термодатчик нагревателя,который подключен к вычитающему входу суммато-