SU940141A1 - Термостатирующее устройство - Google Patents

Description

(54) ТЕРМОСТАТИРУЮШЕЕ УСТРОЙСТВО

1

Изобретение относитс  к технике автоматического регулировани  температуры, а более конкретно к системам управлени  термостатами , предназначенными дл  термостатировани  различных радиоэлектронных элементов автоматики, а также относитс  к оптимальным по быстродействию устройствам управлени  объектами с распределенными параметрами.

Известно термостатикующее устроит- ц, во, содержащее термочувствительный мост, подключенный к блоку управлени , к выходу которого через последовательно соединенные ключевой элемент и усилитель мощности подключен нагреватель, ,5 а также содержащее подключенные к выходу ключевого элемента последовательно соединенные генератор линейно возрастающего напр жени  и пороговый элемент, выход которого подключен к 20 одному из плеч термоч встительного моста Cl }

Недостатком указанного устройства  вл етс  низкое быстродействие, а также

то, что устройство работает только наг подогреве, т.е. работает только в тех услови х, когда температура статировани  выще температуры окружающей среды .

Claims (3)

1. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому  вл етс  термостатирующее устройство, содержащее термочувст вителывый мост и задатчик температур, подключенный к блоку управлени , компаратор , последовательно с®единенные генератор монотонно возрастающего напр жени  и первый пороговый элемент, последовательно соединенные основные усилитель мощности и исполнительный элемент, а также содержит подключенные к первому выходу блока управлени  последовательно соединенные блок пам ти начальной температуры, дифференцвльный усилитель, второй пороговый элемент , смеситель видеоимпульсов и управл кадий триггер, а также содержит инвертирующий повторитель и коммутатор надр жекий, первый и втсрзй канЭ ль которого соедино ы с выходами кЬмПйратора и блока управлени , а выход ко -шутвтора напр жений св зан с входом основного усилител  мог ности, причем второй вход дифференциального уси™ литаш} св зан с выходом эадатчи1Ш тем- перагуры, а выход - с входом Kovciapa- тора и с вторым входом первого порогоаог-э элемента, выходом св занного с Вторым BXOGOM смесител  видеош-. гульсов ВАСД инвертпрук мего повторител  св зан С выходом генерйтора монотонно воэ раст 1ющего ншф жени , а выход - с Б :одом второго порогового элемента , выходы управл ющего триггера псдклгочены к управл ющим входам коммутатора напр жений С . Недостатком известного устройства  .л е7с  ткзка  точность управлени  теп . тюфизкческим объектом в переходном ре 5ош;е при различных ограничени х на градиенты температур в заданных точках упрйвл емого объекта с распределенными .параметраг.Гп. Цель изобретени  - повышение точности упраЕлеш1  теплофизическим объектом в лер кодном режкмо, а именно поТ/ленкб oszT-uv-uTJibKoro ло бьгсгроцейсгвню упрайлев:и  теплсфизическим объектом пр ,-Е. огракичен й1Х на его входные и выходные координать;, Удх9занка  цель достигаетс  тем, что в термостатиру Ю1дее устройство, содерЖй1дее первый зтерв гчный преобразователь (измеритель) температуры, эедатчик тем лературы «л аткровани , когушутатор напр жений , первый и второй управл ющие которого подкаисучены соответствен  о к нешжерткруквдему -и инвертирующем вьпсодам улра.вл кж1его триггера, компаратор-; yCiiirafTejTb мощности, вь5ходом подкп:вчек1&1й к входу кспо шктельного эл.емек1(а, введены блок первичных преобраэойателей , (измерителей) темперагургд , блок ограничителей, логический g,,eF,T ИЛИ,.бпок задержки, задатчик лреде;;2ьно допустимой темпера-туры , вызсрдом подключенный к первому входу ксч.ф утат1эра напр жений, Второй вход которого подаотючен к задатчику темпера туры статировашш, а выход коммутатора напр жений подключен к первому вжоду компаратора, выход которого подкпюч|ен ;ж зкод, усшштел  мощности, причем выход первого преобразовател  температуг ъ первичных преобразователей (йз epЛ№лeй) температуры подключен к второму вжоду компаратора и к первьем входам ограничителей блока ограничителей , вторые входы которых соединены с соответствующими выходами (второго и последующих) преобразователей блока первичных преобразователей температуры, при этом выходы блока ограничителей через элемент ИЛИ подключены к третьему входу компаратора, а первый вход управл ющего триггера соединен с входом блока задержки, выхсд которого подключен к второму входу управл ющего триггера. задержки содержит последовательно соединенные генератор импульсов, делитель частоты, линейку двоично-дес тичных счетчиков, блок дешифраторов, а также содержит логический элемент И, входы KOTopoix подключены через коммутационно-наборную панель к соответствук щим выходам блока дешифраторов, причем установочный вход линейки двоично-дес тичных счетчиков  вл етс  входом блока задержки, а выход логического элемента И  вл етс  выходом блока задержки. Каждый ограничитель блока ограничителей содержит дифференциальный ; усилитель, компаратор и блок задани  предельно допустимой величины темпераlypHoro градиента, выходом подключенный Кпервому входу компаратора, второй вход последнего св зан с выходом дифференциального усилител , причем первый и второй входы дифференциального усилител   вл ютс  первым и вторым входами каждого ограничител , а выход компаратора  вл етс  выходом каждого ограничител . На фиг. 1 изображена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 функциональна  схема блока задержки; на фиг. 3 - то же, одного из ограничителей блока ограничителей. Термостатирующее устройство (фиг. 1) содержит блок 1 первичных преобразователей (измерителей) температуры, компаратор 2, усилитель 3 мощности, исполнительный элемент 4, коммутатор 5 напр жений, задатчик 6 предельно допустимой температуры, управл ющий триггер 7, задатчик 8 температуры статировани , блор 9 задержки, блок 10 ограничителей, логический элемент ИЛИ 11. Клемма на которую подаетс  установочный сигнал (Сброс), обозначена позицией 12. Кроме того, блок задержки (фкг. 2) содержит генератор 13 импульсов, стабилизированный кварцем, делитель 14 частоты, линей у 15 двоично-дес тичных счетчиков, блок 16 из tn дещифрат{ ров двоично-дес тичного кода в дес тичный , коммутационно-наборную панель 17,т -входовой логический элемент И 18. Кроме того, каждый из ограничителе блока ограничителей содержит дифференциальный усилитель 19, компаратор 20 и блок 21 задани  предельно деттуетимо величины градиента температуры. В устройстве в качестве исполнитель кого элемента могут примен тьс  как всевозможные электрические нагреватели (охладители), так и управл ема  реверзсивна  термобатаре , В устройстве объект термостатироваки  должен быть полностью наблюдаем, т.е. в заданные точки объекта термоста тировани  дл  контрол  состо ни  объекта в каждый момент времени установлен датчики температуры. В таком устройст в качестве первичных преобразователей (измерителей) температуры может n-piMe н тьс  термочувствительный мост, подключенный к входа дифференциального jусилител , а также может быть применен пирометр. Причем датчик первичного преобразовател  1-0 установлен на объе те термостатировани  р дом с нагревате лем (термобатареей), т.е. на входе объекта термостатировани . А остальные К датчиков первичных преобразователей (измерителей) температуры установлены в различных заданных точках объекта термостатировани  (на выходах объекта термостатировани ). Блок 10 ограничителей состоит из отдельных независимых ограничителей, представл ющих собой нелинейности типа зоны нечувствительности. Их выходное напр жение равно нулю, пока входное меньше порога срабатывани  . Порог чувствительности каждого из ограничителей блока 10 равен напр жению, соответствующему допустимому уровню температурного градиеш-а дл  заданных точек . Рассмотрим работу устройства на примере схемъ (фиг. 1), где в качестве первичного преобразовател  вз т термочувствительный мост, подключенны к ВХОДУ дифференциального усилител , а в качестве исполнительного элемента возьмем, например, управл емую раверси ную термобатарею. При включении питани  на блок 9 задержки и на управл юпшй триггер 7 через входной зажим 12 подаетс  установочный сигнал (Сброс), который устанавливает схему в исходное положение. После этого коммутатор 5 напр жений под действием управлени  с триггера 7 подключает выход задатчика 6 предельно допустимой температуры к входу компаратора 2, а выход задатчика 8 температуры статировани  при этом отключаетс . На другой вход компаратора 2 с выхода первичного преобразовател  1-0 поступает напр жение, пропорциональное начальной температуре обРьекта, т.е. напр жение OQ , а на третьем входе компаратора 2 напр жение в начальный момент равно нулю. Таким образом, компаратор 2 переводит усилитель 3 мощности в режим насыщени , последний, в свою очередь, выводит блок 4 реверсивных термобатарей на полную мощность, определ   тем самым начало форсированного выхода объекта в режим. Температура объекта термостатировани  начинает измен тьс  с максимальной скоростью в сторону заданной температуры статировани  . Переходный процесс в термостатирующем устройстве начинаетс  в момент подачи на вход компаратора 2 с задатчика 6 предельно допустимой температуры скачка напр жени  заданной амплиту .ды ( tndx которое соответствует максимально допустимой температуре на входе объекта ,0, т.е. (J -Taj( AQq,.Ha второй и третий входы компаратора 3 поступают сигналы отрицательной обратной св зи с выходов и входа объекта термостатировани . При этом компаратор 2 скачком переходит в другое состо ние, как только напр жение на въЕходе первичного преобразовател  1-0, соответствуюцее температуре на входе объекта Тц) , достигнет своего предельного значени , равного амплитуде сформированного скачка напр жени , т.е. когда Tax Tgj (,0(4 д, а также компаратор 2 срабатывает, если сработает хот  бы один из ограничителей блока 10. Последний сработает, как только градиент температур любой из заданных выходных точек относительно входной превысит допустимую величи1 у. Таким образом, до того момента, пока входные и въпсодные координаты объекта не достигнут своих предельных значений, объект движетс  в сторону заданного конемного состо ни  с максимальной скоростью при предельном значении управл ющего воздействи . Как только хот  бы одна из координат объекта достигнет своего предельного значени , то управл юшее воздействие на выходе iKc.Msapагора 2 мен ет свой е-з.аг; па обраг-ньтК , Обьект иа шнает дв ггптьс  с .7кой скоростью в обратную сто ,, и снова при переходе грашпшы области .aovn.CTHMbix значений коор тг ат управл ющее воздействие мешгет свой , з ,«ш:. TaKJtv: образом органи юг дниже ние термостатировани  по граi-fflue области доггустю- ых значеш1й его Bxo,csTbxs .н выходных координат до ококчатда  перехо.аного процесса, Б течение которого репл гор и объект управлени  «рсйтгевш ют собой замкнутую системуг удери ива5солуг:0 входные и выходные кооргтака- -ы объекта на допустимых знагегпжх . Прв этокс по истечении опредепенного Ф зксйрованогс вреь-юни с начшш переход кго.го п эоцесса задержанный установочный т-Апут:,с (Сброс) с выхода блока 9 задержки своим передним фронтом перебрасывает управл ющий триггер 7 в нулевое состо ние, который, в 9Вою очередь, производит переключение каналов KOvfivfyTBTopa 5. При этом одновре вьжод задатчика 6 предельно допустимой тэ отературы отключаетс  отг входа ,;аэ,-а.чра.тора 2, а вызсод задатчик В те шерет/р;.-; отатироваетг  подключает с , aiofi образом, моме:нт срабатьюани  ; трдЕ 1: ;ющего триггера 7 и подача нйЛ1рйже{ш  -.-jiaA ®Ь1Хода задатчика 8 тег-шературы статкровани  на вход компаратора 2, СБИдезтельствует об окончашж ра-згока упраЕ т емого обьекта в режим к качало режима стабилизации его Е конечг:ам заданном уровне. .Начина  с зтого .момента, коьшардтор 2 отрабатывает ошибку рассогласовани , компенскй  запасенную знершю объекту рел- га ро&ашет. Температура объекта на тни ет в -гр/ внитзатхлс  по всему объему   пт1С-:ис.;о.цит быстрее, 5югда в качес ,.-::- хпачнительного элемента служит }-;-)aB,ri. реве эсийна  термобатаре , . зк к .1 .  системе по вл етс  воэмож:ы&с:т:-ь отосра лишнего тепла (колода) за сч;зг иа.шнени  знака температуры исл& нкгельного элемента. При достиже нии раве-..:;г;за -температур во всех точк дго.-ш .задан той температуры статаровани иерехо. процесс заказнтиваетс , а по ле укацее .регулирование носит импульсхный ;сарактер. Рассмотрим работу блока 9 задержк ,фкд 2). После этого, зсак входдтой уст&,:. сищшг (Сброс), поданный иа клеглму 12, сбросит в нуль сче чйки ддакейЖ 15 двоично-дес гичныхг 418 Счетчиков, то шетульсы с задающего генератора 13, стабилизированного кварцем поступают через делитель 14 частоты на линей1дг 15 последовательно включенных двоично-дес тичных счетчиков . Подключенные к выходам счетчика 15 дешифраторы 16 преобразуют последовательность импульсов в дес тичный код. На выходах каждого дешифратора (каждой декады) блока 16 по вл ютс  импульсы, сдвинутые на врем , равное 10 Т относительно импульса на предыдущем выходе, где п - номер декады , начина  со старт ей; Т - период (с) повторени  дес тичного кода ;на выходах блока 16 дешифраторов, определ емый емкостью N счетчика 15, частотой f (Гц) генератора импульсов 13 и коэффициентом К делени  частоты на выходе делител  14 частоты, T.e.TsbLK.. Период Т при необходимости регулируют посредством изменени  коэффициента К делител  14 частоты. На коммутационнойнаборной панели 17с помощью m -входового логического элемента И 18 можно выделить любой из импульсов в периоде Т . Таким образом, выдел   нужный импульс в периоде Т с помощью логического элемента И 18 и подава  его на вход управл ющего ИЗ -триггера 7, тем самым осуществл ют необходимую задержку входного установочного импульса (Сброс). В дальнейшем (jwe после переходного процесса) импульсы с выхода алемента И 18 периодически поступают на вход управл киегр RS-триггера 7, подтвержда  этим его состо ние, что повышает надежность работы устройства в целом. Рассмотрим работу одного из ограничителей блока 1О ограничителей (фиг. 3). На один из входов дифференциального усилител  19 подаетс  напр жение с выхода первичного преобразовател  1-0, датчик которого установлен около нагревател  (охладител ), т.е. на входе объекта термостатирован  . На другой вход дифференциального усилител  19 подаетс  напр жение с выхода, например, первичного преобразовател  1-1, датчик которого установлен в одной из заданных (контролируемых) точек объекта термостатировани . На выходе усилители 19полушют напр жение, величина вх торого нрс торциональна  градиенту твмператур между вышеуказанными точками. Это напр жение на входе компаратора 20сравниваетс  с напр жением задани  предельно допустимой величины градиента температур, которое поступает с блока 21. Если градиент температур между вышеуказанными точками прев лсит предельно допустимую величину, то компаратор 2 О срабатьюает, глгновенно осуществл   через элемент ИЛИ 11 управл ющее воздействие на компаратор 2, который в свою очередь также мгновенно мен ет состо ние. Как только гра диент температур между этими точками станет меньше предельно допустимого, то схема скачком возвращаетс  в исход ное положение. В предлагаемом устройстве врем  задержки блока задержки зависит от начальных к граничных условий, а также зависит от ограничений, накладываемых на входные и выходные координаты объе та, т.е. зависит от температурного пере пада между температурой статировани  и начальной температурой объекта, от предельно допустимой температуры на входе объекта, а зависит от уставок на предельно допустимые градиенты температурного пол  блока 10 ограничителей . Поэтому дл  оптимального по быстродействию управлени  объектом термостатировани  врем  задержки блока задержки определ етс  предварительно или методом электрического моделировани , или с помощью решени  этой задачи на электронной цифровой вычислительной машине. Если же врем  задержки предварительно таким путем определить невозможно , то его достаточно просто мож но определить экспериментально на предлагаемом устройстве. При этом оператор наблюда  переходной процесс с помощью измерительного устройства (например, вторичного самопишущего прибора или осциллографа), каждъгй раз от одного запуска к другому регулирует врем  задержки блока 9 до тех пор, пока перерегулирование в /заданной точке объекта будет соответствовать заданному. Как правило, такой выходной точкой  вл етс  наиболее удаленна  от источников тепла точка объекта регулировани  (например, центр камеры термостата). Если в процессе , эксплуатации предлагаемого устройства изменились параметры, от которых зависит врем  задержки блока задержки 9, то врем  задержки этого блока необходимо при этом определить заново. Структура предлагаемого устройства позвол ет осуществл ть оптимальное по быстродействию управление теплофизичес кими объектами с распределеннъшп  параметрами в переходных режимах при следующих одновреме1шо накладьгааемых ограничени х как на управл ющее воздействие , так и на входные и выходные координаты объекта, т.е. когда ограничен диапазон скачкообразного изменени  мощности источника тепла (холода), а точнее ограничена мощность источника в каждом из крайних его положений, ограничена максимальна  температура на входе теплофизического объек-га (температура объекта под нагревателем), ограничена величина перере.гулировани  на въкоде теплофизического объекта (процент перерегулировани  в наиболее удаленной от нагревател  точке распределенного объекта), а также допускает положени  целого р да ограничений на температурные градиенты в заданных точках теплофиаического объекта, т.е. когда предъ вл ютс  определенные требовани  к разномерности -температурного пол  объекта термостатировани  в переходном режиме. Формула изобретени  1. Термостатирующее устройство, содержащее первый первичный преобразова- тель (измеритель) температуры, задатчик температуры статировани , коммутатор напр жений, первый и второй управл ющие входы которого подключены соогветственно к не инвертирующему и инвертирующему входам управл юще го триггера, компаратор, усилигель мощностн,выходом подключенный к входу исполнительного элемента, отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности управлени  теплофизическим объектом в переходном режиме, оно содержит блок первичных преобразователей (измерителей) температуры, блок ограничителей, логический элемент ИЛИ, блок задержки, задатчик предельно допустимой температуры, выходом подкл ченнъгй к первому входу коммутатора напр жений, второй вход которого подклюА чен к задатчику текшературы статировани , а въгход коммутатора напр жений подключен к первому входу компаратора, выход которого подключен к входу усилител  мощности, причем выход первого преобразовател  температуры блока перВ1гчных преобразователей (измерителей) температуры подключен к второму входу компаратора и к первым входам ограничителей , вторые входь которых соединены с соответствукзцими выходами

   (второго и последующих) преобразователе блока первичных преобразователей теЛтерЕ ры , при этом выходы блока ограничктш1ей через элемент ИЛИ подключены к третьему входу компаратора, а первый Б.од управл кацего триггера соединен с входом блока задержки, выход которого  едшгочюн к второму входу управл ющего триггера.
2. 2, Устройство по П.1, отлнчаю зд е е с   тем, что блок задержки содержит последовательно соединенные генератор импульсов, делитель частоты,  кнейку двоично-дес тичных счетчиков, блок дешифраторов, а такзке содержит логический элемент И, входы которого ко кпючеиы через коммутакисшно-ааборкую панель к соответствующим выходам бцока дешифраторов, причем установочны вход линейки двоичн1 -дес тичш11х счетчвков  вл етс  входом блока задержки, а выход логического элемента И  вл етс  выходом йгока задержки.
3. 3. Устройство по п.2, отличающеес  тем, что каждый ограничитель блока ограничителей содержит дифферешшальный усилитель, компаратор и блок задани  предельно допустимой величины температурного градиента, выходом подключенный к первому входу компаратора , агорой вход последнего св зав с выходом дифференциального Усилител , причем первый и второй выходы дифференциального усилител   вл ютс  первым и вторым входами каждого ограничител , а выход компаратора  вл етс  выходом каждого с граничителс .

   Ис гочники информации, прин тые во внимание при экспертизе

   1.Авторское свидетельство СССР № 549792, кл. О OSjD 23/24, 1977.

   2.Авторское свидетельство СССР по аа ВКв № 2922725/18-24,

   кл. G 05t 23/19, 08.О5.80 (прототип ).

   J

   L Т

   t

   .;j.

   i

   /9

   4IL. L.

   t,

   ,

   /J

   /tf

   тт

   V