SU1161929A1

SU1161929A1 - Temperature controller

Info

Publication number: SU1161929A1
Application number: SU833672017A
Authority: SU
Inventors: Арнольд Моисеевич Гердов; Владимир Дмитриевич Купченко; Игорь Янович Штраль
Original assignee: Предприятие П/Я Р-6900
Priority date: 1983-12-02
Filing date: 1983-12-02
Publication date: 1985-06-15

Abstract

РЕГУЛЯТОР ТЕМПЕРАТУРЫ,содержащий сосуд Дьюара с опущенным в него трубопроводом,в верхней части которого размещен исследуемый образец , термодатчик, сумматор, задатчик и усилитель разбаланса, исполнительный блок, к которому подключены нагреватель и испаритель, отличающийс тем, что, с целью исключени перерегулировани , регул тор снабжен вычитателем, 1ультиплексором,. фильтром нижних частот, генератором линейно измен ющегос напр жени , двум компараторами, R5-триггером. и источником опорного напр жени , причем первый вход генератора линейно измен нхчегос напр жени соединен с выходом Q R5 -триггера, второй вход - с первым входом первого компаратора , с выходом вычитател и со входом усилител разбаланса, а выход - с первым входом сумматора, второй вход которого соединен с термодатчиком , выход сумматора соединен со входом вычитател , выход Q RSтриггера соединен с управл кицим входом мультиплексора, а выходы R и S и RSтриггера соединены соответственно с i выходами первого и второго компараторов , первый и второй выходы источ (О ника опорного напр жени соединены соответственно со вторым входом перС вого компаратора и с первым входом второго компаратора, второй вход которого соединен с выходом усилител разбаланса и с информационным входом мультиплексора, выход которого соединен со входом фильт15а нижних частот, соединенного выходом с входом исполнительного блока.A TEMPERATURE REGULATOR containing a Dewar vessel with a pipeline lowered into it, in the upper part of which the sample under study is placed, a thermal sensor, an adder, a setpoint adjuster and an unbalance amplifier, an execution unit to which the heater and an evaporator are connected, in order to prevent overshoot, The torus is equipped with a subtractor, a multiplexer ,. a low-pass filter, a generator of linearly varying voltage, two comparators, an R5 trigger. and the source of the reference voltage, with the first input of the generator linearly varying the voltage is connected to the output of the Q R5 trigger, the second input to the first input of the first comparator, to the output of the subtractor and to the input of the unbalance amplifier, and the output to the first input of the adder, the second the input of which is connected to the thermal sensor, the output of the adder is connected to the input of the subtractor, the output of the Q RS trigger, is connected to the control input of the multiplexer, and the outputs R and S and RS trigger are connected respectively to the i outputs of the first and second comparators, the first and The second source outputs (the reference voltage is connected respectively to the second input of the first comparator and to the first input of the second comparator, the second input of which is connected to the output of the unbalance amplifier and to the information input of the multiplexer, the output of which is connected to the output of the input of the executive unit.

Description

1 1 Изобретение относитс к автоматике и предназначено дл широкодиапаэонного регулировани температуры исследуемого образца Известно ycipoftcTBo регулируемог охлаж,цени пробы, содержащее усилитель разбаланса, сосуд Дьюара со сж женным газом, погруженные в сжиженный газ испаритель и трубопровод, в верхней части которого установлены исследуемый образец и термодатчик Ci 3. Однако известное устройство не позвол ет получать температуры исследуемого образца выше комнатных. Наиболее близким к предлагаемому вл етс регул тор, содержащий сосуд Дьюара с опущенным в него трубо проводом, в верхней части которого находитс исследуемый образец, исполнительное устройство, к которому подключены нагреватель и испаритель задатчик и сумматор. Термодатчик и задатчик подключены к сумматору. Выход сумматора подключен к усилите лю разбаланса , Регулирование высоких температур исследуемого обраца в известном варианте проводитс путем нагрева пот ка паров сжиженного газа или сжатоfo воздуха. В момент включени регул тора или при установке нового задани на задатчике величина разбаланса может быть значительной. Приложенна ко входу усилител разбаланса, она вызывает его насыщение. Исполнитель ное устройство подает в нагреватель максимально нерегулируемую мощность Происходит перерегулирование системы. Целью изобретени вл етс исклю чение перерегулировани . Указанна цель достигаетс тем что регул тор температуры, содержа щий сосуд Дьюара с onyiueHUh в него трубопроводом, в веохней части которо размещен исследуемый образец, термодатчик, сумматор, задатчик и усилитель разбаланса, исполнительный блок, к которому подключены . наг;реватель и испаритель, снабжен вьгчитателем, мультиплексором, филь ром нижних частот генератором лин но измен ющегос напр жени , двум компараторами, R5 -триггером и источником опорного напр жени , причем первьй вход генератора линейно 92 измен ющегос напр жени соединен с выходом Q Я5-триггера, второй вход генератора линейно измен ющегос напр жени - со входом первого компаратора, с выходом вычитател и входом усилител разбаланса, а выход генератора линейно измен ющегос напр жени - с первым входом сумматора, второй вход которого соединен с термодатчиком, выход сумматора соединен со входом вычитател , выход ft RS -триггера соединен с управл кнцим входом мультиплексора, а входы R и S RS-триггера соединемы соответственно с выходами первого и второго компараторов, первьш и второй выходы источника опорного напр жени соединены соответственно со вторым входом первого компаратора и с первым входом второго компаратора, второй вход которого соединен с выходом усилител разбалписа и с информационным входом мультиплексора , выход которого соединен со входом фильтра нижних частот, соединенного выходом с исполнительным блоком. На чертеже изображена блок-схема предлагаемого регул тора. Регул тор температуры содержит сосуд Дьюара 1, термодатчик 2, исполнительиьи блок 3, сумматор 4, задатчик 5, усилитель разбаланса 6, вычитатель 7, мультиплексор 8, фильтр нижних частот 9, генератор линейно измен ющегос напр жени 10, компараторы 11 и 12, RS-триггер 13 и источник опорного напр жени 14. Генератор 10 содержит резистор 15 и конденсатор 16, вл ющиес элементами настройки. Работа устройства происходит следующим образом, В момент t,) включени регул тора температуры или установлени на задатчике 5 нового, существенно большего, чем было ранее, значени напр жени температура исследуемого образца, расположенного в трубопроводе сосуда Дьюара 1, и температура термодатчика 2 одинакова, но она существенно от личаетс от тeмпepaтypЫj определ емой новым значением напр жени . Вычитатель 7 формирует разностный сигнал, который устанавливаетс усилителем разбаланса 6 и поступает на информационный вход мультиплексора 8, наход щегос в открытом состо нии. 311619 и на второй вход компаратора 12, где сравниваетс с напр жением на первом входе, задаваемым вторым выходом источника опорного напр жени 14, величина которого равна или несколько меньше верхнего значени динамического диапазона ( Ug) усилител разбаланса 6, работающего в линейном режиме. При превышении напр жени сигнала величины U, на вход компара- ю тора 12 поступает положительное напр жение , его выход переключаетс с некоторым запаздыванием Л., (врем переключени компаратора относительно времени инавходе триггера 13уста- t5 навливаетс логическа единица. Одновременно напр жение сигнала с вычитател 7 поступает на второй вход генератора 10, а также на инвертированный первьй вход кЬмпарато ра 11 и сравниваетс с напр жением на его втором входе, задаваемым первым выходом источника 14 и равиьп нулевому значению. В момент времени ip напр жение на выходе вычитател 7 превышает опорное напр жение на втором входе компаратора 11, выход его отрицателен, и на вход R триггера 13 поступает логический нуль. Так как при i напр жение на выходах компараторов 11 и 12 отрицательно, на входах R и 5 -триггера 13 присутствуют логические нули, выходы U и Uсоответственно имеют значени О It .11 Через момент времени uij2 вход 5 триггера 13 принимает значение логическ.ой единицы, и выход его переключаетс с некоторь.м запаздыванием 4t(врем переключени тригге- ра 13) относительно входного напр жени . На выходе Q триггера 13 формирует с логическа единица, а на выходе С - логический нуль.1 1 The invention relates to automation and is intended for wide-range temperature control of the sample under study. It is known ycipoftcTBo adjustable cooling, the sample values, containing unbalance amplifier, Dewar vessel with compressed gas, immersed in a liquefied gas evaporator and pipeline, in the upper part of which a test sample and thermal sensor are installed Ci 3. However, the known device does not allow to obtain the temperature of the test sample above room temperature. Closest to the present invention, there is a regulator containing a Dewar vessel with a conduit pipe lowered into it, in the upper part of which there is a test sample, an actuator to which the heater and the evaporator unit and the adder are connected. The temperature sensor and the set point is connected to the adder. The output of the adder is connected to the unbalance amplification. The high temperature control of the sample under investigation in the well-known variant is carried out by heating the flow of liquefied gas vapor or compressed air. When the controller is turned on or when a new task is installed on the setter, the amount of imbalance can be significant. Attached to the input of the unbalance amplifier, it causes its saturation. The executive device supplies the most unregulated power to the heater. The system overshoots. The aim of the invention is to eliminate overshoot. This goal is achieved by the fact that a temperature controller containing a Dewar vessel with an onyiueHUh into it is a pipeline in which the sample under study, a thermal sensor, an adder, a setpoint adjuster and an unbalance amplifier, and an execution unit to which are connected are placed. rewinder and evaporator, equipped with a supercharger, multiplexer, low-pass filter, a generator of linear variable voltage, two comparators, an R5 trigger and a reference voltage source, the first generator input of the linearly 92 varying voltage connected to the output Q Я5 -riggers, the second input of the generator of linearly varying voltage - with the input of the first comparator, with the output of the subtractor and the input of the unbalance amplifier, and the output of the generator of linearly varying voltage - with the first input of the adder, the second input is go connected to a thermal sensor, the output of the adder is connected to the input of the subtractor, the output of the RS RS trigger is connected to control the input of the multiplexer, and the inputs R and S of the RS flip-flop are connected respectively to the outputs of the first and second comparators, the first and second outputs of the reference voltage source are connected respectively, with the second input of the first comparator and with the first input of the second comparator, the second input of which is connected to the output of the unclamping amplifier and to the information input of the multiplexer, the output of which is connected to the input of the filter low pass, connected to the output of the Executive unit. The drawing shows a block diagram of the proposed controller. The temperature regulator contains a Dewar vessel 1, a thermal sensor 2, a performance unit 3, an adder 4, a setting device 5, an unbalance amplifier 6, a subtractor 7, a multiplexer 8, a low-pass filter 9, a generator of linearly varying voltage 10, comparators 11 and 12, RS -thrigger 13 and voltage source 14. The generator 10 contains a resistor 15 and a capacitor 16, which are the tuning elements. The device operates as follows: At time t,) when the temperature regulator is turned on or when a new value is installed on the setter 5, which is significantly larger than it was before, the temperature of the test sample located in the pipeline of the Dewar 1, and the temperature of the temperature sensor 2 is the same, but it differs significantly from the temperature determined by the new voltage value. The subtractor 7 generates a differential signal, which is set by the unbalance amplifier 6 and is fed to the information input of the multiplexer 8, which is in the open state. 311619 and to the second input of the comparator 12, where it is compared with the voltage at the first input specified by the second output of the source of the reference voltage 14, the value of which is equal to or slightly less than the upper value of the dynamic range (Ug) of the unbalance amplifier 6 operating in the linear mode. When the voltage of the signal U is exceeded, the positive voltage is supplied to the input of the comparator 12, its output switches with some delay L., (the switching time of the comparator relative to the time and the output of the flip-flop 135 is given a logical unit. At the same time, the voltage from the subtractor 7 is fed to the second input of the generator 10, as well as to the inverted first input of the paramotor 11 and is compared with the voltage at its second input given by the first output of the source 14 and the zero value. The ip voltage at the output of the subtractor 7 exceeds the reference voltage at the second input of the comparator 11, its output is negative, and a logical zero arrives at the input R of the flip-flop 13. Since at i the voltage at the outputs of the comparator 11 and 12 is negative, at the inputs of R and 5-trigger 13, there are logical zeros, outputs U and U, respectively, have the values O It .11 Through time uij2, input 5 of the trigger 13 takes on the value of a logical unit, and its output switches with some delay 4t (the switching time of the trigger 13 ) regarding input voltage . At the output Q, the flip-flop 13 forms a logical unit with, and the output C generates a logical zero.

Логическа единица с выхода Q триггера 13 подаетс на первый вход генератора 10, а логический нуль с выхода Q- на логический вход мультиплексора 8, запира его.The logical unit from the output Q of the flip-flop 13 is fed to the first input of the generator 10, and the logical zero from the output Q- to the logical input of the multiplexer 8 locks it.

При этом генератор 10 начинает вьграбатьгоать линейно возрастающие отрицательное напр жение, с посто нной времени, определ емой резистором 15 и конденсатором 16, которое подаетс на первьй вход сумматора 4, на другой вход которого подаетс термо-ЭДС термодатчика 2. J In this case, generator 10 begins to rob a linearly increasing negative voltage, with a constant time determined by the resistor 15 and the capacitor 16, which is fed to the first input of the adder 4, to the other input of which is supplied the thermo-EMF of the thermal sensor 2. J

пропорционально выходнс му нарастающему от нул сигналу вьмитател 7. Нагреватель подогревает поток паров сжиженного газа или сжатого воздуха , поступающих из сосуда Дьюара 1 в трубопровод. Температура исследуемого образца и термода чика 2 плавно возрастают и система работает в линейном режиме, если в к моменту полного разр да конденсатора напр жение на вькоде усилител разбаланса 6 становитс меньше опорного напр жени с выхода В источника 14, на 94 Суммарное напр жение поступает на один из входов вычитател 7, При этом на выходе .вычитател 7 и усилител разбаланса 6 напр жение сигнала начинает /бывать, и в момент времени , когда напр жение на втором входе компаратора 12 становитс мень ше опорного напр жени на первом. входе, выход компаратора 12 переключаетс , и на вход S триггера 13 поступает логический нуль. Так как триггер 13 управл етс по двум входам ив этой св зи несет функцию запоминающего элемента, то состо триггера 13 не измен етс от дискретного изменени сигнала по одному входу 5 и в момент времени, когда напр жение генератора 10 полностью (до нул ) скомпенсирует напр жение задатчика 5, выход компаратора 11 переключаетс , подава на вход R триггера 13 догическую единицу , триггер 13 измен ет свое состо ние , мультиплексор 8 открываетс , а генератор 10 переключаетс на формирование линейно убывающего напр жени . При этом конденсатор 16 , начинает разр жатьс с посто нной времени, равной t. I Сигнал на выходе вычитател 7 начинает медленно возрастать и при превьш1ении сигнала опорного напр жени на выходе В источника 14 выход компаратора 11 переключаетс и подает на вход R триггера 13 логический нуль, при этом триггер 13 не измен ет своего Состо ни . С этого момента возрастающее от нул напр жение с выхода вычитател 7 и усилител разбаланса 6 через открытый мультиплексор 8 и фильтр низких частот 9 подаетс на исполнительное устройство 3. Исполнительное устройство 3 подает электрическую мощеость в подключенный к нему нагревательin proportion to the output from the zero signal of the selector 7. The heater heats up the flow of vapor of liquefied gas or compressed air coming from the Dewar 1 into the pipeline. The temperature of the sample under study and the thermal probe 2 smoothly increases and the system operates in a linear mode if at the time of full discharge of the capacitor the voltage on the code of the unbalance amplifier 6 becomes less than the reference voltage from the output B of source 14, at 94 the total voltage goes to one from the inputs of the subtractor 7, the output of the subtractor 7 and the unbalance amplifier 6, the voltage of the signal starts / occurs, and at the time when the voltage on the second input of the comparator 12 becomes less than the reference voltage on the first. the input, the output of the comparator 12 is switched, and a logical zero arrives at the input S of the flip-flop 13. Since the trigger 13 is controlled by two inputs and in this connection has the function of a storage element, the state of the trigger 13 does not change from a discrete change of the signal through one input 5 and at the time when the generator voltage 10 completely (to zero) compensates for The setting unit 5, the output of the comparator 11 switches, applying the trigger unit 13 to the dog 13, the trigger unit 13 changes its state, the multiplexer 8 opens, and the generator 10 switches to the formation of a linearly decreasing voltage. In this case, the capacitor 16 begins to discharge with a constant time equal to t. I The signal at the output of the subtractor 7 begins to slowly increase and when the signal of the reference voltage at the output B of the source 14 is exceeded, the output of the comparator 11 switches and supplies the logical zero to the input R of the flip-flop 13, while the flip-flop 13 does not change its state. From this moment, the voltage increasing from zero from the output of the subtractor 7 and the unbalance amplifier 6 through the open multiplexer 8 and the low-pass filter 9 is fed to the actuator 3. The actuator 3 delivers electrical power to the heater connected to it

входе S триггера 13 все врем логический нуль, и схема слежени , устран юща перегрузку системы регулировани , не вмешиваетс в дальнейший процесс регулирований температуры , В противном случае повтор етс и цикл включени генератора 10 описанным способом.the input S of the flip-flop 13 all the time is a logical zero, and the tracking circuit eliminating the overload of the control system does not interfere with the further temperature control process. Otherwise, the cycle of switching on the generator 10 is repeated as described.

С целью устранени переходного режиме в интервайе времени между моментом подачи опорного напр жени Дд и началом формировани линейного убывающего напр жени , где имеютс неуправл емые выбросы мощности, после мультиплексора 8 включен фильтр нижних частот 9, с частотой среза, равной In order to eliminate the transient mode, in the time interval between the moment when the reference voltage Dd is supplied and the beginning of the linear voltage decay, where there are uncontrolled power surges, after the multiplexer 8, the low-pass filter 9 is turned on, with a cutoff frequency equal to

где Where

врем переключени компаратора 12 и триггера 13, Интервал времени, в течение которого мощность подаетс в нагреватель , определ етс передаточной характеристикой исследуемого образца. Мультиплексор 8 исключает включение исполнительного устройства 3, наswitching time of comparator 12 and flip-flop 13; the time interval during which power is supplied to the heater is determined by the transfer characteristic of the sample under study. The multiplexer 8 eliminates the inclusion of the actuator 3, on

инвервал времени, св занном с переходными процессами в усилителе разбаланса 6, компараторе 12, триггере 13.invert the time associated with the transients in the unbalance amplifier 6, comparator 12, trigger 13.

В предлагаемом регул торе температуры благодар улучшению режима регулировани , без применени ручного регулировани , обеспечено плавное и в то же врем максимально быстроеIn the proposed temperature controller, due to the improvement of the regulation mode, without the use of manual regulation, smooth and at the same time as fast as possible

повышение температуры исследуемого образца до заданного значени и исключено превьш1ение -емпературы исследуемого образца, заданной на задатчике 5.increasing the temperature of the sample under test to a predetermined value and eliminating the excess of the temperature of the sample under study set on setpoint 5.

Преимуществом предлагаемого решени вл етс уменьшение времени, которое необходимо, чтобы температура исследуемого образца прин ла значение , соответствующее величине, устанавливаемой на задатчике 5,. упрощение эксплуатации, повышение зффективности использовани вариатора температуры и работающего с ним спект-The advantage of the proposed solution is a reduction in the time it takes for the temperature of the sample to be examined to take the value corresponding to the value set on setpoint 5 ,. simplification of operation, increase of efficiency of use of a temperature variator and a spectrum operating with it

рометра, исключение возможности выхода температуры исследуемого образца на значение, установленное на задатчике.meter, the exclusion of the possibility of the temperature of the test sample at the value set on the setter.

ч h

±. i±o5.jj±. i ± o5.jj

1one

nJnJ

il..il ..

Термодат чи кThermodat Chi To

Исс/К ныи аКразеиIss / K ny akrazi

itfitf

«-“-

7J7J

Claims

TEMPERATURE REGULATOR, containing a Dewar vessel with a pipe lowered into it, in the upper part of which a test sample, a temperature sensor, an adder, an adjuster and an unbalance amplifier are placed, an executive unit to which a heater and an evaporator are connected, characterized in that, in order to avoid overshoot, the regulator equipped with a subtractor, multiplexer, low-pass filter, a ramp generator, two comparators, RS-trigger.

and a source of reference voltage, the first input of the linear oscillator _t but changing the voltage connected to the output Q RS -triggera, the second input - to the first input of the first comparator, a subtractor and the output from the amplifier input unbalance, and an output - to the first input of the adder, the second the input of which is connected to the temperature sensor, the output of the adder is connected to the input of the subtractor, the output Q of the RS trigger is connected to the control input of the multiplexer, and the outputs R and S and RS of the trigger are connected respectively to the outputs of the first and second comparators, the first and second The passages of the reference voltage source are connected respectively to the second input of the first comparator and to the first input of the second comparator, the second input of which is connected to the output of the unbalance amplifier and to the information input of the multiplexer, the output of which is connected to the input of the low-pass filter, connected to the output of the input of the executive unit.

SU, „. 1161929>