Программный регулятор температуры Советский патент 1984 года по МПК G05D23/19 

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для программного регулирования температуры различных объекто-в, например, термостатов хроматографических анализаторов. Известны программные регуляторы, в которых по определенной фограмме меняетc i задание температуры. Для,этой цели исполь. зуются, например, задатчики с реохордом, движок которого перемещается с помощью электромеханического привода 1, цифровые устройства, в которых задание температуры осуществляется цифровым кодом 2 и пр. Все эти устройства достаточно громоздки и сложны. Все они принципиально могут обеспечить лищь дискрет ное, но не плавное повышение температуры. Кроме того эти устройства обеспечивают плавное изменение температуры, но обладают невысокой точностью, так как скорость изменения температуры зависит от температуры окружающей среды, качества теплоизоляции и пр. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является программный терморегулятор, содержащий вычислитель, на вычитающий вход которого подключен выход термодатчика, а суммарный вход соединен с выходом генератора пилообразного напряжения, выход вычитателя соединен с входом блока управления с управляемым вентилем, выход управляемого вентиля подключен к нагревателю 3. Недостатком этого программного терморегулятора является малая точность задания температуры изотермических участков программы, определяемая стабильностью выходного напряжения генератора пилообразного напряжения в ждущем режиме. Цель изобретения - повыщение точности программного регулятор. Поставленная цель достигается тем, чта программный регулятор температуры, содержащий включенные последовательно термочувствительный мост в одно из плеч которого включен датчик температуры, а во второе - задатчик, программы, основной усилитель постоянного тока, блок управления, тиристорный регулирующий орган и нагреватель, а также генератор линейно-изменяющегося напряжения, содержит регулирующий транзистор и дополнительный усилитель постоянного тока, выходом связанный с базой регулирующего транзистора, коллектор которого соединен с входом блока управления, а. эмиттер заземлен, причем входы дополнительного усилителя постоянного тока Связаны с выходом генератора линейно-изменяющегося напряжения и с входом основного усилителя постоянного тока. На чертеже изображена схема регулятора. Регулятор содержит термочувствительный мост 1, содержащий пассивные плечи 2 и 3, датчик 4 температуры и задатчик 5 программы, питающийся постоянным напряжением от источника 6. Верщина моста 7, смежная с задатчиком 5, соединена с неинвертирующим входом основного 8 усилителя постоянного тока, а верщина 9, смежная с датчиком 4, соединена с инвертирующим входом усилителя 8. Выход усилителя 8 через резистор 10 соединен с входом блока 11 управления, выход блока 11 управления с входом тиристорного 12 регулирующего органа, а выход последнего - с нагревателем 13. Верщина 9 измерительного моста 1 соединена также с неинвертирующим входом дополнительного усилителя 14 постоянного тока канала 15 регулирования скорости. Выход усилителя 14 через резистор 16 соединен с базой регулирующего транзистора 17, эмиттер которого заземлен, а коллектор соединен с входом блока 11 управления. Инвертирующий вход усилителя 14 соединен с выходом генератора 18 линейно-изменяющегося напряжения. Вход генератора 18 соединен через задатчик 19 скорости с источником б постоянного напряжения, а через днод 20 - с выходом усилителя 14 канала 15 скорости. Генератор 18 содержит интегратор 21, состоящий из усилителя 22 и интегрирующей емкости 23, и масщтабирующий инвертор, состоящий из усилителя 24 и резисторов 25 и 26. Регулятор работает следующим образом. При изотермическом режиме выходное напряжение моста 1 близко к нулю. На выходе усилителя 8 имеется некоторое положительное напряжение, которое через блок 11 управления управляет углом отсечки силовых тиристоров регулирующего органа 12, меняя тем самым эффективное напряжение на нагревателе 13 в зависимости от величины отклонения температуры. За счет этого температура объекта регулирования поддер.живается постоянной. На выходе усилителя 14 напряжение при| этом отрицательно, транзистор 17 заПертЛ диод 20 открыт, замыкая собой цепь обратной связи, охватывающей усилители 22, 24 и 14. Благодаря действию этой обратной связи усилитель 14 поддерживает равеиство потенциалов своих входов, а это означает, что напряжение на выходе .генератора 18 поддержнвается постоянным и равным напряжению верщины 9 измерительного моста 1. При переключении задатчика 5 на иовое, более высокое значение, усилитель 8 входит в режим насыщения, выходное иапряжение его делается максимальным, а в нагреватель 13 будет поступать максимальная мощность и температура начнет возрастать. Одновременно с этим начнет возрастать потенциал вер-1 щины 9 измерительного моста, поскольк) с ростом температуры увеличивается зкаче- ние сопротивления датчика 4. Напряжение иа выходе усилителя 14 канала 15 скорости делается положительным, транзистор 17 отпирается и шунтирует вход блока 11 управления, ограничивая тем самым мощность, подводимую к нагревателю 13. С изменением знака напряжения на выходе усилителя 14 запирается диод 20, разрывая вышеупомянутую цепь обратной связи, охватывающую усилители 22, 24 и 14. При этом напряжение на выходе генератора 18 начинает линейно возрастать со скоростью, определяемой величиной сопротивления задатчика 19 и номиналов элементов 25, 26 и 23, входящих в схему генератора 18. Усилитель 14, сравнивающий на своих входах напряжение вершин 9 измерительного моста 1, пропорциональное текущему значению температуры объекта и напряжение на выходе генератора 18, .устанавливает с помощью транзистора 17, блока 11 управления и регулирующего органа 12 такое значение эффективного напряжения на нагревателе 13,при котором постоянно поддерживается равенство указанных напряжений. Это означает, что температура будет возрастать по линейному закону с заданной постоянной скоростью. Как только температура приблизится к новому заданному значению, усилитель 8 выйдет из режима насыщения. Стремясь поддержать неизмененной заданную скорость нагрева, сигналом усилителя 14 закроется транзистор 17. При этом откроется диод 20, вновь замыкая петлю обратной связи, и рост напряжения на выходе генератора 18 прекратится. Если уменьшить величину сопротивления задатчика 5, то по мере естественного охлаждения термометра. 4 вместе с объектом регулирования усилитель 14 будет принудительно разряжать конденсатор 23, поддерживая постоянное равенство напряжений на выходе генератора 18 и на термометре 4. Таким образом, программный регулятор температуры позволяет воспроизвести линейно-ступенчатую программу повышения температуры, состоящую из нескольких изотермических участков и расположенных между ними участков линейного разогрева с последующим естественным охлаждением, причем значения температур изотермических участков программы и скорость возрастання температуры на участках разогрева задается раздельно и независимо друг от друга автоматически переключаемыми задатчиками 5 и 19. При этом в изотермическом режиме регулирование осуществляется усилителем 8, в режиме программирования усилителем 14, при естественном охлаждении выходное напряжение генератора 18 принудительно отслеживает текущее значение температуры, поддерживая генератор 18 в готовности начать программный разогрев с любого текущего значения температуры. На изотермических участках точность задания температуры определяется только точностью подгонки элементов изрительного моста 1 и задатчика 5 температуры. На участках линейного подъема температуры точность поддержания заданной скорости обеспечивается линейностью генератора 8, точностью подгонки элементов задатчика 19 и стабильностью величины конденсатора 23. При этом нелинейность генератора 18 легко может быть сведена к величине, не превышающей 0,1%, что вполне удовлетворяет современным требованиям практики. Применение в качестве конденсатора 23 его электрохимического аналога - ионистора, имеющего при малых габаритах емкость порядка единиц фарад и исчезающий малый ток утечки, позволяет исключить какие-либо специальные, трудно выполнимые требования к качеству изоляции, обеспечить простоту конструкции и малые габариты программного регулятора.

ПРОГРАММНЫЙ РЕГУЛЯТОР ТЕМПЕРАТУРЫ, содержащий включенные последовательно термочувствительный мост. в одно из плеч которого включен датчик температуры, а во второе - задатчик программы, основной усилитель постоянного тока, блок управления, тиристорный регулирующий орган и нагреватель, а также генератор линейно-изменяющегося напряжения, отличающийся тем, что, с целью повыщения точности регулирования, он содержит регулирующий транзистор и дополнительный усилитель постоянного тока, выходом связанный с базой регулирующего транзистора, коллектор которого соединен с входом блока управления, а эмиттер заземлен, причем входы дополнительного усилителя постоянного тока связаны с выходом генератора линейнот изменяющегося напряжения и с входом основного усилителя постоянного тока. (Л /2 со -IW со сх 2