Регулятор температуры Советский патент 1983 года по МПК G05D23/19 

5 Изобретение относится к регулированию температуры объектов техники , а более конкретно - к устройствам, в которых в качестве испытательного элемента используется термобатарея, работающая в режиме нагрева и охлаж дения в зависимости от полярности прикладываемого напряжения. Известен регулятор температуры с термообработкой , рс.ботающей в режиме нагрева и охлаждения, в KOTODOM температуры и два терморезистор включены в мостовую схему. Разбаланс моста усиливается усилителем и подается на реле, которое изменяет направление питающего термобатарею тока, переводя ее из режима охлаждения в режим нагрева Недостатками регулятора являются низкая точность и различная величина коэффициента передачи при работе регулятора в режиме охлаждения и нагре ва. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является регулятор тем11ературы, содержащий датчик, терморезистор, вклю ченный в плечо резистивного моста, /силитель сигнала рассогласования в виде интегрального усилителя постоянного тока, пропорциональный усилитель мощности, регулирующий ток в термобатарее, подключенной к усилителю мощности через контакты реверсирующего реле ( переключатель полярности ), управляемого компаратором , подключенным к выходу усилителя сигнала рассогласования и источнику опорнс:го напряжения 21. Точность поддержания температуры такого регулятора определяется коэф фициентом передачи замкнутой системы поддержания темзтературы, т.е. коэффициентами передачи отдельных звеньев. Однако коэффициент передачи термобатареи зависит от режима ее работы. Так работа термобатареи в режиме охлаждения описывается равенством ). а работа в режиме нагрева .1:;2R-i(,). (2) где Uj. количество теплоты, поглощаемое термобатареей в режиме охлаждения; количество теплоты, выделяемой термобатареей в режиме нагрева; ciik - постоянные коэффициенты; Tf-- температура горячего или теп ловыделяющего слоя термоба1а реи; Т - температура холодного или теплопоглощающего слоя термо батареи J - ток термобатареи, R - активное сопротивление термобатареи , За счет выделения мощности (З) коэффициенты передачи в режиме нагрева и охлаждения различаются в несколько раз. Регулятор проектируется по ма ссимальному коэффициенту передачи системы в границах ее устойчивости, и при работе в режиме охлаждения погрешность регулирования имеет большее значение, чем.в режиме нагрева, за счет различия коэффициентов передачи . Цель изобретения - повышение точности регулятора. Поставленная цель достигается что регулятор температуры, содержащий датчик и задатчик, включенные в плечи из ерительного моста, первый усилитель, усилитель мощности и последовательно соединенные компаратор и релейный элемент, через группы контактов которого термобатарея подключена к источнику питания и к выходу усилителя мощности, содержит второй усилитель, коммутатор и задающий резистор, включенный между постоянными резисторами измерительного моста и инвертирующим входом первого усилителя и неинвертирующим входом второго усилителя, при этом другие входы усилителей подключены к точке соединения датчика и задатчика, а выходы усилителей соединены с входами компаратора и коммутатора, выход которого подключен к входу усилителя мощности, а управляющий вход - к второму выходу компаратора. На фиг.1 показана блок-схема регулятора температуры; на фиг.2 эпюры, показывающие изменение выходных напряжений усилителей коммутатора и компаратора-от температуры. Регулятор содержит измерительный мост 1, состоящий из датчика 2 {температуры J, задатчика 3, постоянных резисторов 4-5 и задающего резистора б, первого усилителя 7, состоящего из операционного усилителя 8 и резистора У обратной связи, второго усилителя 10, состоящего из операционного усилителя 11 и резистора 12 обратной связи; комм татор 13, усилитель 14 мощности, компаратор 15, релейный элемент 16 с группами контактов 17 и термобатарею 18. Регулятор работает следующим образом. Датчик 2 температуры установлен на объекте термостатирования и включен в плечо измерительного моста 1, а в другие плечи моста включены задатчик 3 температуры, резисторы 4-6, причем выходное напряжение моста, Зависящее от температуры, поступает На входы усилителей 7 и 10. Выходные сигналы усилителей сравниваются между

собой на компараторе 15, а также подаются на входы коммутатора 13. В момен равенства выходных напряжений усилителей 7 и 10(ивь„с 7 срабатывс.ет компаратор 15, а затем . коммутатор 13 в соответствии с сигналом компаратора 15 подключает к выхоДУ усилителей 7 или 10 усилитель 14 мощности. Усиленный по мощности сигнал подается через пару нормально замкнутых контактов 17 на термобатарею 18, tO которая начинает работать в режиме Нагрев. Если ток проходит через другую пару контактов {нормально разомкнутых )-17, то направление тока в термобатарее 18 меняется на проти- 15 воположное и термобатарея 18 начинает работать в режиме Охлаждение. За счет того, что первый (инвертирую- щий J-вход операционного усилителя 8 соединен с общей точкой резисторов 2п 4 и б, а второй вход (неинвертирующий ) операционного усилителя 11 соединен с общей точкой резисторов б и 5, а остальные входы усилителей 8 и11 соединены с общей точкой датчика «, 2 изадатчика 3, выходные характеристики усилителей 7 и 10 инверсны и смещены друг относительно друга, в зависимости от температуры, причем смещены пропорционально падению напряжения на резисторе ,6.30

На фиг 2 эпюры 1 и ((показывают изменение выходных напряжений усилителей 7 и 10 в зависимости от температуры. Эпюра |Т( показывает изменения выходного напряжения коммутатора 13, 35 а эпюра N- компаратора 15 в зависимости от температуры. Компаратор 15 срабатывает, когда Ugbj 7 Ugbfx Ю эпюры Ji, О г и фиг. 2 ), и управляет аботой коммутатора 13 таким образом,40 то в момент срабатывания компаратора

15 происходит переключение выходов усилителей 7 и 10 на входе усилителя 14 мощности. В результате характеристика компаратора 13 имеет V -образны вид, как показано на эпюре ш, причем наклон восходящего и сггадающего участков характеристики можно изменять, меняя величины резисторов обратной связи 9 и 12. Компаратор 15 управляет работой релейного элемента 16 термобатареи 18, а соответственно и состоянием контактов 17, причем переключение контактов происходит в момент, когда U 7 0g(,10 т.е. в момент отсутствия тока в термобатарее.

Таким образом, введение в состав регулятора задаквдего резистора, усилителя и коммутатора позволяет раздельно регулировать коэффициенты передачи системы в режиме Нагрев и Охлаждение, за счет возможности изменения характеристики усилителей 7 и 10, а также их сдвига за счет резистора 6, чтЬ в конечном итоге позволяет создать более точную систему регулирования температуры путем адаптации характеристики регулятора к характеристикам объекта управления Применение данного изобретения позво лило добиться точности поддержания температуры 0,1°С по сравнению с точностью 0,5-1°С у известной систем что позволяет получить приемлемую точность поддержания температуры без применения сложных методов коррекции системы с использованием ПИД регуляторов, что привело бы к существенном усложнению и удорожанию регулятора.

Предлагаемый регулятор температуры может быть использован при созданииунифицированного ряда регуляторов для теплофизических приборов.

(/f

u,

Hum.

/

I

-

ITIL

РЕГУЛЯТОР ТЕМПЕРАТУРЫ, содержащий датчик и задатчик, включенные в смежные плечи, измерительного моста, первый усилитель, усилитель мощности и последовательно соединенные компаратор и релейный элемент , через группы контактов которого термобатарея подключена к источнику питания и к выходу усилителя мощности, о тлич ющийся тем, что, с целью повышения точности регулятора, он содержит второй усилитель, коммутатор и задающий резистор, включенный между постоянными резисторами измерительного моста и инвертирующим входом первого усилителя и неинвертирующим входом второго усилителя, при этом другие входы усилителей подключены к точке соединения датчика и задатчика, а выходы усилителей соединены с входами компаратора и ко мутатооа, выход котоиого подш ключен к входу усилителя мощности, а управляющий вход - к второму выходу компаратора. со 4: Фиъ.1