SU1200262A1 - Устройство дл регулировани температуры - Google Patents

Abstract

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ, содержащее последовательно соединенные счетчик и цифроаналоговый преобразователь, датчик и задатчик температуры, элемент сравнени , к .выходу которого подключены параллельно включенные линейный усилитель, интегратор и дифференциатор , св занные выходами с входом сумматора, к выходу которого подключен исполнительный элемент, отличающеес  тем, что, с целью повьппени  точности регулировани  и упрощени  устройства, оно содержит последовательно соединенные дифференциальный усилитель с ограничением и преобразователь напр жение-частота , соотэетствующие выходы которого,подключены к суммирующему и вычитающему входам счетчика , причем входы дифференциальноi го усилител  с ограничением св заны (Л с выходами задатчика и датчика температуры а входы элемента сравнени  с выходами датчика температуры и цифроаналогового преобразовател .

Description

to

Од N9 Изобретение относитс  к прецизи онным регул торам температуры и пр назначено дл  использовани  в объе тах, в которых температура регулир вани  должна достигать установленн го значени  с определенной посто н ной скоростью, например в установках дифференциального термического анализа (ДТА). Цель.изобретени  - повьшение то j ности регулировани  и упрощение ус тройства.. На чертеже представлена схема п лагаемого устройства дл  регулиров ни  температуры. Устройство содержит задатчик 1 т пературы, датчик 2 температуры, пр образующий температуру в электрический сигнал, дифференциальный ус литель 3, элемент 4 сравнени , пре образователь 5 напр жени  в частот ( ПНЧ), счетчик 6, цифроаналоговьй преобразователь (ЦАП) 7, линейный усилитель 8,.интегратор 9, дифференциатор 10, сумматор 11, исполнительный элемент 12. . Устройство работает следующим образом. После подачи напр зрений, питающих элементы схемы, счетчик 6 и ин тегратор 9 автоматически или вручную устанавливаютс  в нулевое состо ние . Если на выходах задатчика 1 и датчика 2 присутствует сигнал, сортветствзпощий нулевой начальной температуре, то на выходе дифференциального усилител  3 также нулевое напр жение, поэтому импульсы с выходов ПНЧ 5 не поступают ни на вход сложени , ни на вход вычитани  счетчика 6, на выходе ЦАП 7 присутствует напр жение , соответствующее нулевой температуре . На выходе элемента 4 сравнени  напр жение ошибки также нулевое, поэтому разогрева объекта регулировани  не происходит. После установки при помощи датчика 1 скачка температуры с исходной на заданную усилитель 3 начинает работать в режиме ограничени . Из-за большого коэффициента усилени  на входе ПНЧ 5 устанавливаетс  максимальное, например, положительной пол рности напр жение .. На выходе ПНЧ 5, подсоединенном к входу сложени  счетчика 6 по вл ютс  импульсы напр жени  посто нной частоты, определ емой выходным напр жением усилител  3 в режиме ограничени  и крутизной преобразовани  ПНЧ 5, Число, записанное в счетчике 6,.начинает равномерно возрастать. Также начинает возрастать и напр жение, поступающее на элемент 4 сравнени  с выхода ЦАП 7. На выходе элемента 4 сравнени  по вл етс  возрастающее напр жение ошибки, подаваемое на исполнительньш элемент через линейный усилитель 8 и сумматор 11. Одновременно начинают функционировать интегратор 9 и дифференциатор 10, также воздейству  через сумматор 11 на исполнительный элемент . Исполнительньй элемент подает в нагрузку мощность, под воздействием которой начинаетс  разогрев объекта регулировани . Сигнал с выхода датчика .2 начинает возрастать,компенсиру  возрастающее напр жение, поступающее да элемент 4 сравнени  с выхода ЦАП 7. Далее ПИД-регул тор работает обычным образом, поддержива  величину ошибки на выходе элемента4 сравнени  близкойк нулю, т.е. закон изменени  сигнала с выхода датчика температуры повтор ет закон изменени  напр жени  с выхода ЦАП 7. В процессе разогрева управл емого объекта и приближени  к задаваемой программой температуре усилитель 3 из-за большого коэффициента усилени  работает в режиме ограничени , и сигнал на выходе ПНЧ 5 поддерживаетс  максимальным и неизменньм., частота следовани  импульсов, поступающих с выхода ПНЧ 5 на вход сложени  счетчика 6, остаетс  неизменной, цифровой код, поступающий с выхода счетчика 6 на вход ЦАП 7, равномерно возрастает, соответственно равномерно возрастает и напр жение на выходе ЦАП 7, происходит линейное возрастание температуры управл емого объекта . Когда, разница сигналов с задатчика 1 и датчика 2 уменьшаетс  настолько , что усилитель 3 выходит из ограничени , начина  работать в линейном режиме усилени , его выходной сигнал пропорционально уменьаетс  (по абсолютному значению). Пропорционально начинает уменьшатьс  и- частота следовани  импульсов на выходе ПНЧ 5, происходит замедление роста напр жени  и выхода ЦАП 7 выходной сигнал сумматора 11 через исполнительный элемент 12 начинает ограничивать мощность, подаваемую на объект регулировани . Скорость нарастани  температуры при подходе к заданному значению.температуры равномерно снижаетс  до нулевого значени ,.поэтому выход объекта на заданную температуру происходит асимптотически снизу, без перерегулировани . В процессе дальнейшей работы ПИД-регул тор поддерживает установленную температуру объекта с заданной точностью, пока в программе нет резких изменений величины задаваемой температуры.

Если в программе имеетс  резкое изменение задаваемого значени  температуры , например, при переходе на поддержание более низкой температуры усилитель 3 снова переходит в режим ограничени , его выходное напр жение принимает максимальное значение , но уже противоположной пол рности , например отрицательной. Теперь импульсы напр жени  с выхода ПНЧ5 поступают на вход вычитани  счетчика 6, цифровой код на входе ЦАП 7 начинает равномерно уменьшатьс , соответственно равномерно уменьшаетс  и напр жение, поступающее на вход элемента 4 сравнени  с выхода ЦАП 7.

Выходной сигнал сумматора 11 через исполнительньм элемент 12 снижает мощность, подаваемую на управл ющий объект, происходит равномерное снижение температуры объекта. В процессе приближени  температуры обекта к заданной величине элемент сравнени  выходит из режима ограничени , скорость уменьшени  напр жени  на выходе ЦАП 7 снижаетс  до нулевой, температура объекта регулировани  стабилизируетс  с заданной точностью на новом уровне .

Скорость изменени  температуры объекта регулировани  зависит от частоты импульсов, поступающих с

выхода ПНЧ 5 на один из входов счетчика 6, поэтому., управл   крутизной преобразовани  ПНЧ 5, можно получить любые, вплоть до максимально возможных, скорости линейного изменени  температуры, благодар  чему область применени  изобретени  суще.ственно расшир етс . Так, устройство может быть использовано

в установках дл  выращивани  монокристаллов , где выход на заданную температуру должен осуществл тьс  со скорост ми пор дка единиц - дес тков градусов в час, в устройствах

дл  термических методов анализа (сканирующа  микрокалориметри , дифференциальный термический анализ термогравиметри  и т.д.), где используютс  скорости выхода на заданную

температуру от долей до дес тков градусов в минуту, а также в област х традиционного применени  программных регул торов температуры .

Кроме того, использование изобретени  удлин ет срок службы объекта регулировани  вследствие снижени  термических градиентов в конструкционных материалах и плотности тока через нагреватели в процессе выхода

на установленную температуру.

Устройство легко может быть использовано в автоматизированных системах с использованием ЭВМ дл  контрол  и управлени  технологическими процессами, поскольку цифровой код счетчика 6 отображает текущую температуру объекта регулировани  с погрешностью, не превьш1ающей суммы погрешности датчика 2 температуры, ЦАП 7 и ошибки регулировани ,т.е. в структуре предлагаемого устройства содержитс  готовый цифровой термометр.

Таким образом, изобретение выполн ет функции трех раздельных устройств: собственно регул тора температуры, программатора-задатчика линейно измен ющегос  напр жени 

и цифрового измерител  тeмпepatypы.

Claims (1)

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ, содержащее последовательно соединенные счетчик и цифроаналоговый преобразователь, датчик и задатчик температуры, элемент сравнения, к выходу которого подклю- чены параллельно включенные линейный усилитель, интегратор и дифференциатор, связанные выходами с входом сумматора, к выходу которого подключен исполнительный элемент, отличающееся тем, что, с целью повышения точности регулирования и упрощения устройства, оно содержит последовательно соединенные дифференциальный усилитель с ограничением и преобразователь напряжение-частота, соответствующие выходы которого.подключены к суммирующему и вычитающему входам счетчика, причем входы дифференциально- · _о го усилителя с ограничением связаны с выходами задатчика и датчика температуры, а входы элемента сравнения - с выходами датчика температуры и цифроаналогового преобразователя.

   SU о,. 1200262