SU1168912A1 - Способ программного регулировани температуры и устройство дл его осуществлени - Google Patents

Abstract

1. Способ программного регулировани  температуры, включающий измерение температуры объекта , формирование задающего сигнала и формирование управл ющего воздействи , о т л и ч а ю щ и и с   тем, что, с целью повьшени  точности, задающий сигнал формируют как разность между сигналом, пропорциональным температуре объекта , и сигналом, пропорциональным температуре вещества эталонного i тела, приведенного в тепловой контакт с объектом, а управл ющее возСЛ С действие формируют как разность между указанной разностью и опорньм сигналом, который в процессе регулировани  поддерживают посто нным .

Description

2. Устройство дл  программного регулировани  температуры по п. 1, содержащее датчик температуры объекта, задатчик опорного сигнала, подключенный к первому входу блока уравнени , последовательно соединенного с регулирующим органом, о т л; и ч а ю щ е е с   тем, что, с целью повышени  точности и надежности устройства, оно содержит наход щийс  VB тепловом контакте с объектом контей2 нер с эталоиньм веществом, коэффициент температуропроводности которого зависит от температуры, и датчик температуры эталонного вещества , при этом датчики температуры объекта и эталонного вещества включены по дифференциальной схеме и подключены к второму входу блока сравнени , а задат чик опорного сигнала выполнен в виде источника посто нного сиг .нала. : . ,

Л .... Изобретение , относитс , к системам программного регулировани  температуры сред: или тел и может , , . быть использовано в.химической,металлургической , пищевой.и.других / отрасл х промышленности, а также при изучении физико-химических и других свойств.веществ.

Цель изобретени  - повышение точности и надежности программного регулировани  температуры.

На фиг. 1 изображенафункциональна  схема си.стемы программного регулировани  температуры; на фиг..2схема устройства дл  программного регулировани  температуры.

Система содержит блок 1 сравнени , задатчик 2 опорного сигнала, измерительный блок 3, усилительно-преобразовательный блок 4, ре гулирующий орган 5,. ав.томатический регул тор 6 температуры, объект 7 регулировани , эталонное тело 8. К первому входу блока 1 сравнени  подключен задатчик 2 опорного сигнала а к второму входу - измерительный блок 3, реализующий дифференциальную схему включени  датчщсов температуры объекта 7 регулировани  и эталонного тела 8. Выход блока сравнени  последовательно подключен к входу усилительно-преобразовательного блока 4 и ругулирующему органу 5 автоматического регул тора 6, формирующего управл ющее воздействие на объект 7 регулировани  . Эталонное тело 8 находитс  в тепловом контакте с объектом регулировани , а чувствительные элементы , измерительного блока 3 - с объектом 7 регулировани  и эталонным телом 8 соответственно. В зависимости от конкретных условий реализации предлагаемого способа функции отдельных элементов могут быть совмещены в одном блоке. В случае использовани  регул тора пр мого действи  усилительно-преобразовательный блок может отсутствовать .

Устройство дл  программного регулировани  температуры содержит электронагреватель 9, слой 10 теплоизол ции , отверсти  11-13 меднрго блока, контейнер 14, эталонное вещество (тело) 15,датчики 16 и 17

температуры эталонного вещества и объекта регулировани  соответственно , мост 18 переменного тока, пере менный резистор 19, контрольный прибор 20, датчик 21 действительной температуры объекта, самопишущий потенциометр 22.. Объект 7 регулировани  выполнен в виде массивного медного блока, снабженного электронагревателем 9 и изолированного от внешней среды слоем ТО теплоизол ции. В отверстии 11 медного блока размещено эталонное тело В, выполненное в виде контейнера 14, заполненного эталонным веществом 15, в которое погружен датчик 16 температуры. Другой датчик 17 помещен в отверстии 12 медного блока и находитс  в непосредственном теп-ловом контакте с блоком. 3 В качестве датчиков 16 и 17 использованы термореэисторы, включен ные по )ференциалы1ой схеме в плечи моста 18 переменного тока, совмещенного в себе функции блока 1 сравнени  и задатчика 2 скорости нагрева. Задающим элементом мостовой схемы служит переменный резистор 19, а контрольным прибором вольтметр 20 переменного тока. К измерительной диагонали моста 18 подключен вход усилительно-преобразовательного блока 4, выполненного на базе стандартного усилител  Ф-35 примен емого в схемах автоматическо го регулировани  температуры малогабаритных термостатов. Нагреватель 9 подключен к выходу усилител  4 и выполн ет функцию регулирующего органа 5. В отверстии 13 медного блока могут помещатьс  различные объекты, подвергающиес  программированному тепловому воздействию , и датчики температуры. В режиме испытаний устройства в отверстии 13 помещалс  датчик 21 температуры (гор чий спаймедь-константано вой термопары), соединенный с самопишущим потенциометром 22 типа КСП-4 дл  контрол  действительного изменени  температуры объекта регулировани  во времени. Способ осуществл етс  следующим образом. С помощью эадатчика 2 опорного сигнала устанавливают требуемое значение начальной скорости изменени  температуры объекта 7 регулировани . Соответствующий посто нный опорный сигнал Е подают на первый вход блока . 1 сравнени , где из него вычитают сигнал обратной св зи Е, поступающий от измерительног блока 3. Разность сигналов Е Е подают на вход автоматического регул тора 6, где ее усиливают и преобразуют в управл ющее воздействие на объект 7 по выбранному закону регулировани  Р f(4E). В результате воздействи  (нагрева или охлаждени ) Измен етс  температура объекта 7 регулировани  и возникает разность температур лТ Т - Т между объектом и эталонным телом 8, определ ема  теплофизическими и геометрическими параметрами эталонного тела и границы раздела между 1 . 4 объектом и эталонным телом, а также скорости изменени  температуры ) (,) лт к(-5: чгде Кф - коэффициент формы; X - характерный размер эталонного тшш; а - коэффициент темпеоатуропоо водности эталонного вещества; ( f - толщина границы раздела ( стенки); коэффициент температуропроводности материала стенки; c/T/c/i - скорость изменени  температуры объекта регулировани  . Материал стенки и эталонное вещество подбирают таким образом, чтобы выполн лось условие а « а, этом вторым слагаемым 1Ь1 ажени  можно пренебречь . 2 ЛТ - Кф Возникшую таким образом разность температур ЛТ преобразуют измерительным блоком 3 в сигнал отрицательной обратной св зи Е К„4Т где Kjj - коэффициент передачи измерительного устройства. Сигнал Е подают на вход блока 1 сравнени  по принципу противовключени  с опорным сигналом Е задатчика 2, так что выходной сигнал блока сравнени  равен их разности Управл ющее воздействие на объект 7 определ етс  величиной рассогласовани  ЛЕ и характеристикой регул тора 6. Дл  пропорционального регул тора выходна  мощность КрЛЕ где Кр - коэффициент передачи регул тора 6. В момент инициировани  системы Е О, дЕ Е, и управл ющее воздействие Р осуществл етс  с максимальной интенсивностью. Подача сигнала отрицательной обратной св зи Еу частично компенсирует опорный си1- нал EQ, что приводит к уменьшению входного сигнала регул тора и, следовательно , интенсивности управл ю щего воздействи . В результате уменьшаетс  скорость изменени  темпеcfT ратуры объекта -гг и соответственно , величина сигнала Е. Таким образом, система  вл етс  самонаст раивающейс , причем устойчивость ее определ етс  передаточной функцией обратной св зи. В установившемс  режиме управл ющее воздействие обеспечивает подвод к объекту регулировани  тепловой мощности необходимой дл  изменени  температу ры объекта с заданной скоростью и компенсации тепловых потерь объек та в окружающую среду О.. При этом устанавливаетс  текущее значение скорости изменени  температуры объекта ( 6 завис щее от его теплоемкости С,,, величины опорного сигнала задатчика Е , а также теплофизических свойств эталонного вещества Выражение (6) характеризует закон программного регулировани  тем пературы объекта в дифференциальной форме, функциональный вид которого определ етс  характером зависимости коэффициента температуро проводности эталонного вещества от температуры а(Т), а количественные параметры - величиной опорного сигнала Е. В частности, при а, const реализуетс  линейный закон изменени  температуры объекта во времени со скоростью, величина кот рой определ етс  настройкой источника посто нного опорного.сигнала Е . р Кр const ( Со+ .Подбира  эталонные вещества с различным характером зависимости а(Г), можно реализовать различные законы программного регулировани  температуры без существенного изменени  системы. Использование посто нного значени  опорного сигнала Ед, которое можно задавать и поддерживать с высокой точностью, позвол ет достичь высокой степени точности программного регулировани . Точность воспроизведени  программ при многократной или циклической их реализации обеспечиваетс  стабильностью теплофизических свойств выбранного эталонного вещества в рабочем диапазоне температур. Устройство дл  осуществлени  предлагаемого способа работает следующим образом. При помощи переменного резистора 1.9 и индикатора разбаланса устанавливают необходимое начальное значение разбаланса моста 18, соответствующее заданной начальной скорости нагрева. Напр жение разбаланса подают на вход усилител  4, где оно усиливаетс , вызыва  включение исполнительного реле и питани  электронагревател  9. Начинаетс  нагрев медного блока, что нарушает тепловое равновесие св занных с ним датчиков 16 и 17 температуры. Вследствие неодинакового изменени  сопротивлени  этих датчиков измен етс  разбаланс моста , причем знак начального разбаланса подобран так, чтобы при увеличении разности температур между медным блоком и эталонным веществом 15 в контейнере 14 величина разбаланса уменьшалась. При достижении разностью температур определенного значени  величина разбаланса уменьщаетс  до порога срабатывани  первой ступени усилител  Ф-356. Б результате выходна  мощность на нагревателе 9 понижаетс , что приводит к уменьшению скорости нагрева медного блока. Если при этом сумма тепловых потерь и мощности, необходимой дл  нагрева объекта с заданной скоростью, превысит установившеес  значение мощности нагревател , разность температур снова начнет уменьшатьс  и произойдет обратное срабатывание первой ступени регул тора - мощность нагревател  вновь увеличиваетс  до максимального значени . В противном случае, если мощность нагревател  будет по-прежнему превьш1ать сумму тепловых поT .eDb и мощности, расходуемой на на

7

грев медного блока, уменьшение величины разбаланса будет продолжатьс  до порога срабатывани  второй ступени регул тора, полностью отключающей нагреватель. При этом регулирование будет осуществл тьс  частичным включением минимальной Мощности нагревател  Изменение любой из составл ющих - тепловых Потерь или мощности, потребл емой на нагрев объекта - непосредственно отразитс  на величине разности температур эталонного вещества и объекта регулировани  что вызовет соответствующее изменение частоты включени  нагревател . В частности, при увеличении тепловых.потерь с ростом темпера689128

туры объекта частота включени  будет увеличиватьс , и при некоторой температуре произойдет автоматический переход к следующей ступени регулировани  с изменением мощности между минимальным и максимальным ее значени ми.

Изобретение обладает повышенной fO точностью воспроизведени  заданной программы изменени  температуры, особенно при многократном или циклическом режиме работы, за счет замены переменного опорного сигfS нала посто нным, и повьшенной надежностью , определ емой отсутствием движущихс  частей и контактных элементов.

21

Claims (2)

1. Способ программного регулирования температуры, включающий измерение температуры объекта, формирование задающего сигнала и формирование управляющего воздействия, отличающийс я тем, что, с целью повышения точности, задающий сигнал формируют как разность между сигналом, пропорциональным температуре объекта, и сигналом, пропорциональным температуре вещества эталонного тела, приведенного в тепловой кон- ig такт с объектом, а управляющее воздействие формируют как разность между указанной разностью и опор· ным сигналом, который в процессе регулирования поддерживают постоянным.

SU ,.„1168912

О’*·./

2. Устройство для программного регулирования температуры по п. 1, содержащее датчик температуры объекта, задатчик опорного сигнала, подключенный к первому входу блока сравнения, последовательно соединенного с регулирующим органом, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и надежности устройства, оно содержит находящийся в тепловом контакте с объектом контей нер с эталонным веществом, коэффициент температуропроводности которого зависит от температуры, и датчик температуры эталонного вещества, при этом датчики температуры объекта и эталонного вещества включены по дифференциальной схеме и подключены к второму входу блока сравнения, а задат чик опорного сигнала выполнен в виде источника постоянного сигнала.