Устройство для позиционного регулирования температуры Советский патент 1983 года по МПК G05D23/19 

Изобретение относится к автоматическому регулированию температуры/ например, температуры химикофотографических растворов в устрой ствах обработки кинофотоматериалов и в других устройствах, в которых инерционные свойства объективов ре гулирования позволяют применять по зиционное регулирование с помощью двух регулирующих агентов, наприме хладоносителя и теплоносителя. Устройство может применяться, в частности, при регулировании температуры,объектов ,облалаю1дих свойст вом самовыравнивания,Например,в устройстве автоматической стабилизации температуры, в котором имеется циркуляция раствора между баком и теплообменником, а датчик расположен после теплообменника (по направлению циркуляции) перед входом в бак при использовании позиционного регулятора колебания температуры раствора будут только на учас ке между теплообменником и датчиком, а в самом объекте регулирования, т.е. баке большой емкости (термостате), вследствие перемешивания раствора температура стабили зируется (самовыравнивается) и по держивается постоянной с высокой точностью. Известны устройства для двухпозиционного регулирования температуры, содержащие последовательно включенные датчик, компаратор и исполнительный элемент мгновенного действия l и 2 . Однако указанные устройства пригодны .только для управления одним агентом регулирования - хладоносителем или теплоносителем. Наиболее близким по технической сущности является трехпозиционный регулятор температуры/ содержащий один датчик температуры, подключен ный к входам компараторов верхнего и нижнего уровней, выходы которых подключены к исполнительным элемен там. При отклонении регулируемого параметра от заданного на выходе датчика появляется сигнал разбалан и в зависимости от знака рассоглас вания срабатывает компаратор верхнего или нижнего уровня, включая соответствующий исполнительный эле мент. I Между каждым компаратором и исполнительным элементом включен эле мент совпадения, пропускающий сигнал с выхода компаратора на тиристорный исполнительный элемент толь ко в начале полупериодов сетевого напряжения (для запуска тиристоров без излучения помехи в сеть) З . Такой трехпозиционный регулятор представляё т по сути дела два двух позиционных устройства, регулирующих один объект, каждое своим исполнительным элементом, и управляемых от одного датчика. А чтобы эти устройства не.мешали друг другу, между ними по уровню регулируемого параметра оставляют зону нечувствительности. Наличие зоны нечувствительности в трехпозиционных устройствах для регулирования является недостатком, который ограничивает точность регулирования . Цель изобретения - повышение точности регулирования температуры в широком диапазоне температур окружающей среды. Поставленная цель достигается тем, что устройство для позиционного регулирования температуры, содержащее датчик температуры и подключенные к. нему входами первый и второй компараторы, соединенные последовательно первые элемент И и исполнительный элемент и соединенные последовательно вторые элемент И и исполнительный элемент, содержит первый и второй инверторы, включенные между выходами второго компаратора и первым входом второго элемента И и между выходом первого компаратора и вторым входом второго элемента И соответственно, причем выходы первого и второго компараторов подключены к первому и второму входам первого элемента И, а второй компаратор выполнен регенеративным. { В изобретении используется физическое явление, заключающееся в том, что окружающая среда при воздействии на объект регулирования в данный конкретный момент времени заставляет регулируемый параметр уходить в одну вполне определенную сторону, т.е. у параметра появляется вполне определенная тенденция ухода от регулируемого уровня в данном направлении. Регенеративный компаратор имеетгистерезис передаточной характеристики. Он как бы регенерирует направление ухода сигнала, запоминая его. При этом он подключает к выходу обычного компаратора (нуль-орган) исполнительный элемент/ компенсирующий воздействие окружающей среды так же, как при обычном двухпозиционном регулировании. Регулируемый параметр поддерживается на заданном уровне. При изменении направления воздействия окружающей среды на регулируемый параметр в последующие моменты времени регенеративный компаратор обнаружит это изменение направления и запомнит его, а к выходу обычного компаратора будет подключен другой исполнительный элемент, выбор которого обеспечат логические элементы. Таким обраэбм величина регулируемого параметра поддерживается на заданном уровне. При этом зона нечувствительности исключается и точност регулирования обеспечивается более высокая, чем традиционными устройствами трехпозиционного регулироваНИН.

На фиг. 1 представлена функцирнальнай схема устройства для пози-. ционного регулирования температуры, на фиг. 2 - временной график работы устройства.

Устройство (фиг.1) содержит датчик 1 температуры, подключенный к входам первого компаратора 2 и второго регенеративного компаратора 3. Выход компаратора 2 соединен через первый элемент И 4 с первым исполнительным элементом 5. Регенеративный компаратор 3 подключен через первый инвертор 6 и второй элемент 7 к второму исполнительному элементу 8. Выход компаратора 2 через второй инвертор 9 подключен к второму входу второго элемента И 7, а выход регенеративного компаратора 3 соединен с вторым входом первого элемента И 4. Циркуляционный насос 10 обеспечивает непрерывную циркуляцию раствора через теплообменник 11 и бак 12. В качестве регенеративного компаратора можно использовать, например, операционный усилитель с положительной обратной связью,.т.е пороговое устройство с.положительной обратной связью, имеющее гистерезис передаточной характеристики.

Устройство работает следующим образом.

Предположим, что необходимо нагреть раствор до температуры, немного превышающей температуру окружающей среды, при которой тепловыделения циркуляционного насоса 10 превышают теплоотдачу через стенки системы в окружающую среду. При включении устройства на выходе датчика 1 появляется сигнал разбаланса отрицательно.й полярности большой амплитуды, в результате чего на выходах как компаратора 2, так и регенеративного компаратора 3 появляются сигналы, соответствующие логической единице, которые закроют элемент 7, а элемент 4 откроют, и сигнал разбаланса поступит на первый исполнительный элемент 5, который откроет подачу теплоносителя.

Температура регулируемого раствора начнет повышаться, и когда она достигнет заданной величины t,,oiA. в момент времени С, (фиг.2), на выходе датчика 1 сигнал разбаланса перейдет через нуль, и компаратор 2 переключится, образовав на выходе сигнал, соответствующий логическому нулю. Последнее приведет к закрыванию первого элемента И 4 и первого исполнительного элемента

5. Подача теплоносителя прекратится, однако вследствие тепловыделений циркуляционного насоса температура будет повышаться и достигнет верхнего уровня допустимого предела . . Поскольку регенеративный компаратор 3 настроен таким образом, что гистерезис его передаточной характеристики соответствует или MeHbuie поля допуска регулируемой

5 температуры 1 iii зад., то в момент времени С он переключится, и на его выходе появится сигнал, соответствующий логическому нулю. Таким образом, на выходах компараторов 2 и 3 имеют0 ся сигналы, соответствующие логическому нулю. Оба этих сигнала посредством инверторов 6 и 9 инвертируются в сигналы, соответствующие логич ским единицам на входах элемента 7,

5 в результате чего на его выходе появится сигнал, который включит второй исполнительный элемент 8, и хладоно, ситель начнет понижать температуру раствора. В момент времени t температура достигнет заданной величины.

0

на выходе датчика сигнал перейдет через нуль, компаратор 2 опять переключится, образовав на выходе логическую единицу, исполнительный элемент 8 выключится-, и подача хладо5носителя прекратится. В последующее время будет происходить двухпозиционнае регулирование с помощью исполнительного элемента 8, поскольку регенеративный компаратор 3 уловил

0 тенденцию ухода температуры вверх и запомнил ее, закрыв при этом элемент И 4 и подав разрешающий сигнал на включение элемента 7 и, соответственно, исполнительного элемента 8

5 и хладоносителя.

Однако с течением времени, например при работе в вечернюю или ночную смену, температура окружающей среды может понизиться, тепловыделений

0 циркуляционного насоса окажется недостаточно для компенсации тепловых потерь, и температура раствора будет иметь тенденцию к понижению. В момент времени ц температура дос5 тигнет нижнего допустимого предела , - . , при этом регенерйтив- , ный компаратор 3 переключится, образовав логическую единицу на выходе. В результате этого разрешающий

0 сигнал на входе элемента 7 исчезнет, а на входе элемента И 4 появится, и компаратор 2 начнет двухпозиционнов регулирование с помощью исполнительного элемента 5, подавая и сисс тему теплоноситель и обеспечивая

поддержание заданной температуры

,таким образом, предлагаемое устройство для позиционного регулирования обеспечивает более точное регулирование, чем устройство трехпозицирнного терморегулирования эа счет исключения зоны нечувствительности.

Кратковременные выбросы температуры в моменты t-i и 14 находятся в пределах допуска, но и они случаются только на малом промежутке между теплообменником и датчиком, но когда эта доза поступает в большой объем бака и перемешивается, то ее влияние будет ничтожным.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЗИЦИОННОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ, содержащее датчик, температуры и подключенные к нему входами первый и второй компараторы, соединенные последовательно первые элемент И и исполнительный элемент и соединенные последовательно вторые элемент И и исполнительнйй элемент, отличающееся тем, что, с целью повышения точности регулирования, оно содержит первый и второй инверторы, включенные между выходами второго компаратора и первым входом второго элемента И и между выходом первого компаратора и вторым входом второго элемента И соответственно, причем выходы первого и второго компараторов подключены к первому и второму входам первого элемента И, а второй компаратор выполнен регенеративным.в

r, Гг Г,

Bpe/iJi