SU877491A1 - Устройство дл регулировани температуры - Google Patents

Description

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ

Изобретение относитс  к регулиро нию температуры и может быть исполь зовано дл  обслуживани  объектов, требуншшх высокой точности регулировани  температурного режима в широком диапазоне по программе, в частности, в электрических печах сопротивлени  испытательных машин. Известно устройство дл  автомати ческого регулировани  температуры, содержащее датчик программы, сумматор , измерительный блок, нуль-орган со счет й1ком импульсов, исполнительньй орган и объект регулировани  с подключенным к нему датчиком температуры, образун дие контур регу лировани  11 Однако это устройство не обеспечивает требуемой точности регулировани  во всем возможном диапазоне изменени  температур. Наибольша  точность регулировани  возможна в сравнительно узком интервале температур , лежащем, как правило, в середине, а на кра х диапазона точность регулировани  значительно понижаетс . Это объ сн етс  ограниченностью линейных участков характеристик элементов, образующих контур регулировани , в частности датчиков температуры. На практике широкое применение нашли устройства дл  регулировани  температуры, в которых предусматриваетс  возможность коррекции программы регулировани  в соответствии с законом изменени  характеристик, вход щих в их состав при относительно несложном схемном и конструктивном вьтолнении устройств. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности  вл етс  устройство дл  регулировани  температуры , содержащее последовательно соединенные задающий генератор, регулируемый элемент и преобразователь, подключенный выходом к одному из входов блока управлени , второй вход которого соединен с датчиком температуры , установленным на объекте регулировани , соединенном с исполнительным органом. Сигнал от одного датчика температуры поступает на бло управлени , а от другого - на регули руемый элемент задатчика программы. Задание пpoгpaм fi) регулировани  производитс  изменением частоты импульсов задающего генератора, а коррекци  программы - вследствие измене ни  длительности импульсов по сигнал второго датчика температуры. Такое решение позвол ет улучшить точность регулировани  температуры при наличи теплопотерь fzl. Недостатком данного устройства  в л етс  то, что коррекци  программы р гулировани  осуществл етс  без учета нелинейностей характеристик датчиков температуры, их старени  и вариаций условий нагревани  объекта. Кроме того, дл  качественного регулировани оба датчика температуры доласша обладать идентичными характеристиками, что на практике  вл етс  труднодости жимым . Цель изобретени  - повышение точности регулировани . Работа предлагаемого устройства основана на том, что закон изгденени сигн.ала задатчика проводитс  в соответствии закону изменени  сигнала датчика обратной св зи. Тогда справедливо выражение дл  скорости изменени  температуры объекта J const, котора  зависит от скорости изменени  задани , выбранной скорости на ррева. В начале импульс мощности производит регулирующее воздействие на об ект, сигнал задатчика выводит регул тор из равновеси . Температура объекта измен етс , измен етс  сигнал датчика температуры . Врем  поступлени  сигнала обратной св зи по отношению к моменту по влени  сигнала задани  - это врем  реакции объекта на регулирующее воздействие , т.е. посто нна  времени объекта С . При этом C-jclA. Аатч ° AS , сигнал задатчика, g - сигнал датчика температуры. При соблюдении услови  дЕ const- 0, const, когда t. varia регул тор стремитс  подавать это отклонение соответствующей реакцией , т.е. тогда скорость -g 14 const и закон изменени  темпёратуры соответствует закону изменени  сигнала датчика - его характеристике. Предлагаемое устройство обладает свойствами подстраивать закон изменени  задани  под закон изменени  сигна па датчика температуры. Это возможно вследствие того, что система регулировани  обладает опреде-. ленной посто нной времени t , котора  в термических устройствах накодитс  в пределах с и Ьо- лее, а скорость реакции контура настройки задани  находитс  в пределах быстродействи  электронных схем (l(, т.е. на выше. Таким образом, электронна  схема всегда успеет подкорректировать задание до того, как термическа  система выйдет из режима-гг- const Дл .того, чтобы система за счет быстрого реагировани  электронной не входила в автоколебательный режим задаетс  определенный порог зоны нечувствительности, который соответствует заданной ошибке слежени  за условием const. Поставленна  цель достигаетс  тем, что устройство дл  регулировани  температуры, содержащее последовательно соединенные задшо1да й генератор , регулируемый элемент, например делитель частоты, и первый функциональный преобразователь, подключенный выходом к одному из входов блока управлени , второй вход которого соединен с датчиком температуры, установленным на объекте регулировани , соединенном с исполнительным opraHcfe, содерлсит нуль-орган, ре- ле времени, последовательно соединенные источник опорного напр жени , сумматор, второй функциональный преобразователь, а также пол рночувствительные реле, выходы которых св заны с вторым и третьим входами сумматора, входы - j выходами нульоргана , вход которого подключен к первому выходу блока управлени , второй выход которого соединен с первым входом реле времени, второй вход которого св зан с выходом источника опорного напр жени , а выход реле времени - со входом исполнительного органа, причем выход второго функционального преобразовател  св зан с управл ющим входом регулируемого элемента. Такое схемное решение устройства дл  регулировани  температуры обеспечивает аппроксимацию нелинейных участков характеристик датчиков температуры и коррекцию программы регулировани  в соответствии с законом измеиени  этих характеристик. На чертеже приведена блок-схема устройства дл  регулировани  температуры . Устройство содержит задатчик I программы, в состав которого ввод т последовательно соединенные задающий генератор 2, регулируемый элемен 3, например управл емый кодом делитель частоты, первый функциональный преобразователь 4 (цифроаналоговый преобразователь) . Блок 5 управлени  выполнен по схеме высокоточного регул тора температуры и содержит сумматор 6, измерительщлй усилитель 7 и регул тор 8. Входы сумматора 6 рассматриваютс  как входы блока 5 управлени , один из которых подключен к выходу .преобразовател  4, а второй соединен с датчиком 9 температуры ( термопарой ) , установленньм на объекте ДО регулировани . Исполнительный орган I1 содержит .например, блок управлени  тиристорами , подключенный к первичной обмот ке силового трансформатора, вторична обмотка которого соединена с нагрева телем электропечи. С исполнительным органом 1J через контакты реле I2 времени соединешл выходы источника 13 опорного напр же ни  и регул тора 8 блока 5 управлени Выход регул тора  вл етс  первым вых дом блока 5 управлени , второй выход которого (выход измерительного усили тел  7) подключен ко входу нуль-органа 14. К выходам нуль-органа 14 подключе два пол рночувствительные реле 15 и 16. Первый вход сумматора 17 соеди нен с выходом источника опорного напр жени , а два входа (суммирук ций и вычитающий) сумматора соединены со ответственно с выходами пол рночувствительных реле 15 и 16. Выход сумматора 17 подключен ко второму функциональному преобразователю 18, вьшолненному по схеме анало го-цифрового преобразовател  и соеди ненному выходом с одним из входов регулируемого элемента 3 задатчика 1 программы. Устройство дл  регулировани  температуры работает следующим образом. Начало цикла -регулировани  определ етс  моментом поступлени  команды Пуск на реле 12 времени. Реле 12 срабатывает и через его нормально разомкнутые контакты источник 13 опорного напр жени  подключаетс  к исполнительному органу 11. На объекте 10 регулировани  производитс  установленное воздействие, например, импульсом тепловой мощности. Длительность зтого импульса определ етс  временем задержки реле 12. Величина времени определ етс  заранее на основании опытных данных дл  каждого г исследуемого образца материала. Она учитывает теплофизическйе свойства и инерционность объекта 10 нагревани  и необходима дл  того, чтобы в момент начала регулировани  подать к объекту 10 нормированный импульс тепловой мощности, соответствующий его начальной теплоемкости (также определ емый заранее), и ограничить действие этого импульса по времени, чтобы не допустить перегрева объекта 10. Датчик 9 и измерительный усилитель 7 непрерывно измер ют величину отклонени  регулируемого параметра, при этом вырабатываетс  сигнал рассогласовани  со знаком плюс, так как на выходе задатчика 1 напр жение программы отсутствует. Сигнал с выхода измерительного усилител  7 поступает на вход регул тора 8, привод  его в состо ние, соответствующее температуре объек-; та 10. Однако на исполнительный орган 11 регул тор 8 вли ни  не оказывает, так как контур регулировани  разомкнут контактами реле 52 времени. Одновременно нарастающее по мере разогрева объекта 10 напр жение с выхода измерительного усилител  7 поступает на вход нуль-органа 14, имеющего заданную определенную зону нечувствительности . При превышении сигналом рассогласовани  зоны нечувствительности в сторону верхнего предела ограничени  срабатывает пол рночувствитгльное: реле плюс 15, которое своими нормально разомкнутыгми контактами (не показано)включает задаюрщй генератор 2 задатчика 1 программы. В генераторе 2 предусмотрена самоблокировка от повторных включений, поэтому дальнейшие вариации состо ни  реле 15 не оказывают вли ни  на работу генератора 2.

Напр жение с выхода задающего генератора 2 поступает на упрйвл е - мьй кодом делитель 3 частоты, на второй вход которого поступает сигнал с выхода аналого-цифрового преобразовател  18,  вл ющийс  функцией алгебраической суммы величин опорного напр жени  с выхода источника 13 опорного напр жени  и сигнала рассогласовани , измеренного усилителем 7.

Цифровой код с выхода аналого- . цифрового преобразовател  18 управл ет коэффициентом доени  управл емого кодом делител  3 частоты, и таким образом, осуществл етс  коррекци  программы регулировани .

Сигналы с выхода делител  3 частоты поступают на цифроаналоговый преобразователь 4 который целесообразно выполн ть реверсивным дл  осуществлени  режимов нагрева и охлаждени .

С выхода информационного преобразовател  4 скорректированное напр жение программы поступает на один из входов сумматора 6 блока 5 управлени , на второй вход которого поступает сигнал от датчика 9 температуры . С выхода сумматора 6 разностный сигнал поступает на измерительный усилитель 7 и далее на регул тор 8. К этому моменту реле 12 времени, отработав заданную временную задержку , возвращаетс  в начальное состо ние , при котором замыкаетс  контур регулировани  температуры объекта 10, т.е. ко входу исполнительного органа 11 через нормально замкнутые контакты реле 12 подключаетс  выход регул тора 8, а источник 13 опорного напр жени  соответственно отключаетс . В результате указанных переключений устройство дл  регули ровани  температуры выходит на рабочий режим плавно, без значительных выбросов регулировани .

В установившемс  режиме регулировани  значение кода преобразовател  18 определ етс  алгебраической суммой источника 13 опорного напр жени  и одного из выходов нуль-органа I4v При превышении зоны нечувствительности нуль-органа 14 срабатывает одно из пол рночувствительных реле (плюс

15 или минус 16) и сигнал рассогласовани  суммируетс  с сигналом источника 13 опорного напр жени ,

При превыщении сигналом рассогласовани  верхнего уровн  зоны нечувствительности нуль-органа 14 срабатывает 15 и величина напр жени  на входе второго функционального преобразовател  18 складываетс  из напр жени  Uj источника 13 опорного напр жени  (величина которого уст навливаетс  в зависимости от требуемой скорости линейного нагрева) и напр жени  разбаланса +uU.

Таким образом, сумма этих напр жений равна )A и UQ. Гфи этом значение кода преобразовател  18 возрастает , соответственно ему увеличиваетс  коэффициент делени  управл емого кодом делител  3 частоты и частота напр жени  на входе преобразовател  4, а следовательно, сигнал на входе сумматора 6 уменьшаетс .

Это происходит до тех пор, пока величина разбаланса +uU на входе нуль-органа 14 не установитс  в пределах зоны нечувствительности, при этом реле 15 отключаетс  и на преобразователь 18 воздействует только сигнал и о с выхода ис очника 13 опорного напр жени , т.е. коэффициент делени  управл емого кодом делител  3 частоты будет соответствовать номинальному.

При превышении сигналом рассогласовани  нижнего уровн  зоны нечувствительности нуль-органа 14 срабатывает реле 16 и происходит алгебраическое суммирование вида U U|5-u.U Uo пока этот сигнал разбаланса - ли снова не установитс  в зоне нечувствительности нуль-органа 14.

Claims (2)

1. Таким образом, предлагаемое устройство обладает свойством автоматического выхода на рабочий режим без значительного перерегулировани , способностью аппроксимации нелинейных участков характеристик датчиков температуры и возможностью слежени  за этой характеристикой с высокой точностью. При этом режим слежени  осуществл етс  методом постепенных приближений, что устран ет самовозбуждение устройства при больших скорост х нагрева, малой инерционности объекта регулировани  и значительной нелинейности датчика температуры . 9 Кроме того, если произойдет обрьш или короткое замыкание в цепи датчика 9 обратной св зи, система пере ( щет в режим самоблокировки зэдатчика по цепи 6, 7, 14, 15, 17, 18, 3, 4, что предотвращает аварийньй режим исполнительного органа 11 изза неуправл емого нагрева. Формула изобретени  Устройство дл  регулировани  тем пературы, содержащее последовательно соединенные задающий генератор, регулируемьй элемент, например, уси литель частоты, и первый функционал ный преобразователь, подключенный выходом к одному из входов блока управлени , второй вход которого соединен с датчиком температуры, установленным на объекте регулирова ни , соединенном с исполнительным органом, отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности регулировани , оно содержит нуль 1 орган, реле времени последовательно соединенные источник опорного напр жени , сумматор, второй функциональный преобразователь, а также пол рночувствительные реле, выходы которых св заны с вторым и третьим входами сумматора, входа: - с выходами нуль-органа, вход которого подключен к первому выходу блока управлени , второй выход которого соединен с первым входом реле времени, второй вход которого св зан с выходом источника опорного напр жени , а выход реле времени - со входом исполнительного органа, причем выход второго функционального преобразовател  св зан с управл ющим входом регулируемого элемента. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетепьство СССР № 224933, кл. Ь05 D 23/22, 1960.
2. 2.Авторское свидетельство СССР № 533920, кл. G 05 D 23/22, 1974 ( прототип,

   Т

   Пуск