SU796809A1 - Устройство дл регулировани температуры - Google Patents

Description

Изобретение относится к автоматическому регулированию температуры, а именно к регулированию температуры в термостатах кристаллизаторов в процессе выращивания монокристаллов.

Известны регуляторы температуры, используемые при выращивании монокристаллов , в которых в качестве датчиков температуры применяются контактные термометры [1 ].

Однако в таких регуляторах реализуется двухпозиционное регулирование, которое не может обеспечить достаточно высокую точность поддержания температуры, необходимую при выращивании монокристаллов.

Наиболее близким по своей технической сущности к предлагаемому является устройство для регулирования температуры, содержащее датчик,, последовательно соединенные задатчик и блок сравнения, усилитель мощности и исполнительный блок, подключенный к источнику переменного напряжения [2] .

Недостаток устройства — его низкая точность.

Цель изобретения — повышение точности устройства.

Указанная цель достигается тем, что в него введены второй и третий датчики, последовательно соединенные формирователь и счетчик импульсов, триггер и элемент ИЛИ, причем выход первого датчика подключен к первому входу триггера, выход второго датчика подключен к первому входу элемента ИЛИ, второй вход которого соеди10 нен с выходом триггера, третий вход — с выходом блока сравнения, а выход элемента ИЛИ подключен к первому входу генератора, второй вход которого подключен к выходу третьего датчика, 15 формирователь импульсов подключен к источнику переменного напряжения, все разряды счетчика импульсов подключены к блоку сравнения, а старшие разряды — к блоку сравнения и ко вхо20 дам триггера.

На чертеже представлена блок-схема устройства для регулирования темпёратуры.

Устройство содержит задатчик 1, формирователь 2 импульсов, первый датчик 3, блок 4 сравнения, ·σ4βττчик 5 импульсов, триггер б, элемент

ИЛИ 7, второй датчик 8, генератор 9, третий датчик 10, усилитель 11 мощ30 ности, исполнительный блок 12 и ис3 точник переменного напряжения (на чертеже не показан),

Регулятор работает следующим образом.

Прямоугольные импульсы частотой f_e ='50 Гц с выхода формирователя 2 5 импульсов поступают на вход 4 — разрядного счетчика 5 импульсов, в результате чего входная частота делится на 16, т.е. на выходе счетчика формируются временные такты длитель- |Q 1 ностью Т = 16 -г = 320 мс. Выходы ^ге разрядов счетчика 5 импульсов соедине· ны со входами блока 4 сравнения, на другие входы которого подаются сигналы кода, сформированные задатчиком 1. На выходе блока 4 сравнения формируются прямоугольные импульсы, следующие с частотой f = , уровень которых соответствует логической 1,20 а длительность определяется кодом на выходе задатчика и может изменяться дискретно в соответствии с форму-♦ лой = n 1/f_e , (1) ²⁵ где С _υ — длительность импульса на выходе блока 4 сравнения;

п - 0—15 — число, двоичный код 3Q которого сформирован задатчиком 1;

f = 50 Гц— частота источника переменного напряжения.

Сигнал логической 1 на выходе 35 блока 4 сравнения является сигналом управления по возмущению, так как ⁴ не зависит от значения измеренной температуры, а определяется только задатчиком 1.

Выходы 3-го и 4-го рязрядов счет- *0 чика 5 импульсов соединены с вторым и третьим входом триггера 6, к первому входу которого подсоединен первый датчик 3. При разомкнутом первом датчике 3 (измеренная температура 45 ниже заданной) на выходе триггера 6 формируются прямоугольные импульсы, уровень которых соответствует логической 1, а длительность постоянна и определяется формулой * 'Т_е>

где Иц — длительность импульса на ² выходе триггера 6. Сигнал логической 1 на выходе триггера 6 является сигналом управ ления по отклонению, так как он зависит от значения температуры, измеряемой первым датчиком 3.

Сигналы управления по возмущению и отклонению подаются на второй и 60 третий входы элемента ИЛИ 7, в .котором происходит их логическое суммирование. К первому входу элемента ИЛИ 7 подсоединен второй датчик 8, который настроен на предельное ниж- 65 нее значение регулируемой температуры. При нормальном режиме регулирования второй датчик 8 замкнут, и на первый вход элемента ИЛИ 7 подается постоянный сигнал, уровень которого соответствует О, т.е. сигнал управления отсутствует; Если по какимлибо причинам температура объекта 13 регулирования снизилась до предельного нижнего значения, контакты датчика 8 размыкаются, и на первый вход элемента ИЛИ 7 подается постоянный сигнал, соответствующий логической 1, т.е. сигнал управления присутствует независимо от состояния каналов управления по отклонению и возмущению; при этом в объект регулирования подается максимально возможный приток энергии. Таким образом, второй датчик 8 осуществляет управление по сигналу предельное снижение температуры . Аналогичным образом осуществляется режим форсированный нагрев, если начальная температура объекта регулирования меньше значения, на которое настроен датчик 8.

Просуммированные сигналы управления с выхода элемента ИЛИ 7 поступают на первый вход генератора 9, на выходе которого формируются прямоугольные импульсы, длительность которых определяется длительностью сигналов управления. Эти импульсы усиливаются усилителем 11 мощности и затем подаются' на исполнительный блок 12. Исполнительный блок 12 может быть выполнен на симисторе. Таким образом, длительность сигналов управления определяет время открытого состояния исполнительного блока 12; тем самым регулируется приток энергии в объект регулирования.

Ко второму входу генератора 9 подсоединен также третий датчик 10, который настроен на предельное верхнее значение регулируемой температуры. При нормальном режиме регулирования контакты третьего датчика 10 разомкнуты, и на второй вход генератора 9 выдается постоянный сигнал, соответствующий логической 1, чем обеспечивается условие формирования выходного импульса. Если по какой-либо причине температура объекта регулирования возрастает до предельного( верхнего значения, контакты датчика 18 замыкаются и на второй вход генератора 9 поступает сигнал, соответствующий логическому О, что приводит к срыву формирования выходных импульсов независимо от присутствия сигналов управления на первом входе генератора 9,. и прекращается приток энергии в объект регулирования. Таким образом,, третий датчик 10 осуществляет управление по сигналу предельное повышёние температуры.

Предлагаемое устройство для регулирования температуры позволяет повы5 сить точность двухпозиционного регулирования путем использования комбинированного управления, обеспечивает дискретно-ступенчатую аппроксимацию линейной зависимости между мощностью на выходе регулятора и величиной сиг- $ нала по возмущению, функциональные возможности предлагаемого регулятора расширены: имеется возможность управления до сигналам форсированный нагрев, предельное снижение темпе- «м ратуры, предельное повышение темпе- ’ ратуры, тем самым повышается качест во и надежность ведения технологического процесса выращивания монокристаллов. Применение дискретйо-импульсного регулирования позволяет реализовать регулятор на цифровых интегральных микросхемах, что существенно повышает надежность устройства. Управление симистором исполнительного блока в предлагаемом регуляторе произ- 20 водится не фазовым способом, а путем ' деления частоты промышленной сети переменного тока на величины, кратные полному .периоду колебаний; тем самым существенно снижается уровень J5 помех, создаваемых при работе устройства, что особенно важно в условиях промышленного применения.

Claims (2)

1. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЬ точник переменного напр жени  (на чертеже не показан). Регул тор работает следующим образом . Пр моугольные импульсы частотой fg 50 Гц с выхода формировател  2 импульсов поступают на вход 4 - раз р дного счетчика 5 импульсов, в результате чего входна  частота делит с  на 16, т.е. на выходе счетчика формируютс  временные такты длитель ностью Т 16 -г 320 мс. Выходы разр дов счетчика 5 импульсов соеди ны со входами блока 4 сравнени , на другие входы которого подаютс  сигн лы кода, сформированные задатчиком На выходе блока 4 сравнени  формируютс  пр моугольные импульсы, сле , fe дующие с частотой - т 16 уровень которых соответствует логической 1 а длительность определ етс  кодом на выходе задатчика и может измен т с  дискретно в соответствии с форму лой - длительность импульс на выходе блока 4 сравнени ; п -- 0-15 - Число, двоичный код которого сформирован задатчиком 1; f 50 Гц- частота источника пе ременного напр жени  Сигнал логической 1 на выходе блока 4 сравнени   вл етс  сигналом управлени  по возмущению, так как не зависит от значени  измеренной температуры, а определ етс  только задатчиком 1. Выходы 3-го и 4-го р зр дов счет чика 5 импульсов соединены с вторым и третьим входом триггера 6, к первому входу которого подсоединен пер вый датчик 3. При разомкнутом перво 3 (измеренна  температура ниже заданной) на выходе триггера 6 формируютс  пр моугольные импульсы, уровень которых соответствует логической 1, а длительность посто нна и определ етс  формулой % -т; где С, длительность импульса на выходе триггера 6. Сигнал логической 1 на выходе триггера 6  вл етс  сигналом управлени  по отклонению, так как он зависит от значени  температуры, изме р емой первым датчиком 3. Сигналы управлени  по возмущению и отклонению подаютс  на второй и третий входы элемента ИЛИ 7, в ром происходит их логическое суммирование . К первому входу элемента ИЛИ 7 подсоединен второй датчик 8, который настроен на предельное нижнее значение регулируемой температуры . При нормальном режиме регулировани  второй датчик 8 замкнут, и на первый вход элемента ИЛИ 7 подаетс  посто нный сигнал, уровень которого соответствует О, т.е. сигнал управлени  отсутствует/ Если по :саким- ,. либо причинам температура объекта 13 регулировани  снизилась до предельного нижнего значени , контакты датчика 8 размыкаютс , и на первый вход элемента ИЛИ 7 подаетс  посто нный сигнал, соответствующий логической 1, т.е. сигнал управлени  присутствует независимо от состо ни  каналов управлени  по отклонению и возмущениш ) при этом в объект регулировани  подаетс  максимально возможный приток энергии. Таким образом, второй датчик 8 осуществл ет управление по сигналу предельное снижение температуры . Аналогичным образом осуществл етс  режим форсированный нагрев, если начальна  температура объекта регулировани  меньше значени , на которое надстроен датчик 8. Просуммированные сигналы управлени  с выхода элемента ИЛИ 7 поступают на первый вход генератора 9, на выходе которого формируютс  пр моугольные импульсы, длительность которых определ етс  длительностью сигналов управлени . Эти импульсы усиливаютс  усилителем 11 мощности и затем подаютс  на исполнительный блок 12. Исполнительный блок 12 может быть выполнен на симисторе. Таким образом, длительность сигналов управлени  определ ет врем  открытого состо ни  исполнительного блока 12; тем самым регулируетс  приток энергии в объект регулировани . Ко второму входу генератора 9 подсоединен также третий датчик 10, который настроен на предельное верхнее значение регулируемой температуры. При нормальном режиме регулировани  контакты третьего датчика 10 разомк-. нуты, и на второй вход генератора 9 выдаетс  посто нный сигнал, соответствующий логической 1, чем обеспечиваетс  условие формировани  выходного импульса. Если по какой-либо причине температура объекта регулировани  .возрастает до предельного верхнего значени , контакты датчика 1€ замыкаютс  и на второй вход генератора 9 поступает сигнал, соответствующий логическому О, что прив дит к срыву формировани  выходных импульсов независимо от присутстви  сигналов управлени  на первом входе генератора 9,. и прекращаетс  приток энергии в объект регулировани . Таким образом, третий датчик 10 осуществл ет управление по сигналу предельное повышение температуры. Предлагае.мое устройство дл  регуировани  температуры позвол ет повысить точность двухпозиционного регулировани  путем использовани  комбинированного управлени , обеспечивает дискретно-ступенчатую аппроксимацию линейной зависимости между мощностью на вькоде регул тора и величиной сиг нала, по возмущению. Функциональные возможности предлс1гаемого регул тора расширены: имеетс  возможность yrfравлени  jio сигналам форсированный нагрев, предельное снижение температуры , предельное повышение температуры , тем самым повышаетс  качест во и надежность ведени  технологичес кого процесса выращивани  монокристаллов . Применение дискретйо-импульс ного регулировани  позвол ет реализо вать регул тор на цифровых интегральных микросхемах, TITO существенно повышает надежность устройства. Управление симистрром исполнительного блока в предлагаемом регул торе производитс  не фазовым способом, а путем делени  частоты промышленной сети переменного тока на величины, кратные полному.периоду колебаний; тем самым существенно снижаетс  уровень помех, создаваемых при работе устройства , что особенно важно в УСЛОВИЯХ промышленного применени . Формула изобретени  Устройство дл  регулировани  температуры , содержащее датчик, послеД (2рательно соединенные задатчик и блок сравнени , последовательно соединенные генератор, усилитель мощности и исполнительный блок, подключенный к источнику переменного напр же|ни , отличаю с   тем, что, с целью йовышени  точности устройства , в него введены второй и третий датчики, последовательно соединенные формирователь импульсов и счетчик импульсов, триггер и элемент ИЛИ, причем выход первого датчика подключен к первому входу триггера, выход второго датчика подключен к первому входу элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом триггера, .третий вход - с выходом блока сравнени , а выход элемента ИЛИ подключен к первому входу .генератора, второй вход которо.го подключен к выходу третьего датчика, формирователь импульсов подключен к источнику переменного нап р жени , все разр ды счетчика импульеехв подключены к блоку сравнени , а старшие разр ды - к блоку сравнени  и ко входам триггера. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1. Приборы и техника эксперимента , 1975, № 4, с. 223.
2. 2.Авторское свидетельство СССР № 394763, кл. G 05 D 23/19, 1973 (прототип).