Устройство для регулирования температуры Советский патент 1985 года по МПК G05D23/19 

Изобретение относится к системам автоматического регулирования и може быть применено для регулирования температуры в системах термостабилизирования, Известно устройство для регулирования температуры, состоящее из первичного преобразователя температуры, схемы сравнения, усилителя мощ ности с фазовым регулированием и на гревательного элемента 1. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство регулирования температуры состоящее из первичного преобразователя температуры, мостовой схемы сравнения, измерительного усилителя, усилителя с системой компарато,ров, блока аналоговых ключей, ус.или теля мощности, представляющего собой тиристорньй усилитель мощности с фазовым управлением, нагревательного элемента, помещенного coBMecTrf с первичным преобразователем в термостатируемьй объем 2 J. Недостатком известных устройств является узкий диапазон регулирования температуры с требуемой точностью, т.е. одинаковый по величине разбаланс измерительного моста для разных номинальных температур из диапазона регулирования вызывает различное приращение вьщеляемой сре ней мощности в нагревательном элементе, т.е. различное приращение температуры. Целью изобретения является расши рение области применения и повышени точности устройства регулирования температуры с требуемой точностью, Указанная цель достигается тем, что устройство для регулирования те пературы, содержащее первичный преобразователь температуры, размещенный в термостатируемом объеме и вкл ченньй в плечо моста, к выходу кото рого подключены соединенные последо вательно аналоговьй ключевой элемент j измерительный усилитель, формирователь импульсов управления, усилитель мощности и подключенный через него к силовой сети нагреватель, а также соединенные последова тельно и подключенные к выходу моста усилитель и компаратор, выходом связанный с управлякщим входом аналогового ключевого элемента, содерж включенный между выходом компаратора и вторым входом формирователя имполюсов управления делитель частоты с переменным коэффициентом деления, связанный синхронизирующим входом с полюсом силовой сети. На фиг.1 представлена блок-схема устройства; на фиг.2-4 - графики поясняющие работу устройства. Устройство содержит первичньм преобразователь 1 температуры, термостатируемьш объем 2, мост 3 аналоговьй ключевой элемент 4, усилитель 5, компаратор 6, измерительный усилитель 7, формирователь 8 импульса управления, синхронизированный от силовой сети делитель 9 частоты с переменным коэффициентом деления, усилитель 10 мощности, нагреватель 11 Первичньй преобразователь 1 температуры, помещенньй в термостатируемьй объем 2, включен в плечо моста 3, выход которого подсоединен к входу элемента 4 и входу усилителя 5, своим выходом подключенного К входу компаратора 6, который своим выходом подключен к управляющему входу элемента 4. Выход элемента 4 подключен к входу измерительного усилителя 7, выход которого соединен с одним из входов формирователя 8, управляющий вход которого соединен с выходом синхронированного по одному.из входов силовой сетью переменного тока делителя 9 частоты с переменным коэффициентом деления, второй вход которого соединен с выходом компаратора 6, .Выход формирователя 8 соединен с входом питающегося от силовой сети переменного тока усилител;я 10 мощности, выход которого подсоединен к нагревательному элементу 11, помещенному в термостатируемьй объем 2. Устройство работает следующим образом. При отличии- температуры термостатируемого объема 2 от номинального значения на выходе моста 3 возникает сигнал разбаланса, которьй поступает через элемент 4 на вход усилителя 5, В случае большого разбаланса, т.е. когда температура термостатируемого объема 2 сильно отличается от номинальной, выходной сигнал усилителя 5 вызывает срабатывание компаратора 6, с выхода которого на управляющие входы элемента 4 посту31пает сигнал, вызывающий отключения входа измерительного усилителя 7 от моста 3 и ;вырабатывание на1 выходе измерительного усилителя 7 форсирующего сигнала. Выходной сигнал компаратора 6 посту тает также на один из входов делителя 9 част ты с переменным коэффициентом деления, что обеспечивает вьфабатьшание на его выходе сигнала, обеспечивающе го поступление форсируницего сигнала с выхода измерительного усилителя 7 через формирователь 8 на вход усилителя 10 мощности в течение всех полупериодов силового напряжения. Это вызывает вьвделание в нагревательном элементе 11 термостатируемого объема 2 максимальной (или нулевой) мощности, в зависимости от то го, выше или ниже номинальной температуры термостатируемьш объем 2. Когда при подходе температуры термостатируемого объема 2 к номинальной сигнал разбаланса моста 3 уменьшается до заданной величины, выходной сигнал компаратора 6 обеспечивает переключение элемента 4, сигнал разбаланса начинает поступать на вход измерительного усилителя устройство переходит в режим автоматического регутшрования, в котором {ВЫХОДНОЙ сигнал измерительного усилителя 7, пропорциональный сигналу с моста 3, поступает через формирователь 8 на вход усилителя 10 мощности лишь в те полупериоды силового н пряжения, в которые на управляющий вход формирователя 8 с выхода делителя 9 частоты с переменным коэффици ентном деления, синхронизированного си ловой сетью, поступает коммутирующий сигнал. Если управля.кщее напряжение посту пает на вход усилителя 10 мощности Переменного тока с фазовым управлени ем в течение всех полупериодов силового напряжения, то регулирование мо ности, вьщеляемой в нагревательном элементе 11 .термостатируемого объема 2, достигается лишь путем изменения угла отпирания. Средняя мощность вьщеляемая в нагревательном элементе 11 при угле отпирания Н , равна . (f где U) - угловая частота силового н пряжения J 5 Т - период (т---г Д) ; и - амплитуда силового напряжения i ft - сопротивление нагревательного элемента 11. График зависимости функции-jW от М дан на фиг.2 (кривая 1). Изменение вьщеляемой в нагревательном элементе средней мощности do) , вызываемое изменение угла .отпирания д , равно dcJ- -einVdV, т в ЛК dw и -JiR График зависимости - от f дан на фиг.З (кривая .1). него видно, что одинаковому по величине изменению угла отпирания соответствует различное приращение средней мощности, в зависимости от начального угла отпирания. Сопоставляя кривую (1) на фиг.2 с кривой (1) на фиг.З, можно построить график зависимости - от щ CJ , который приведен на фиг.4 (кривая 1). Как следует из этого графика, различным средним мощностям выдёляемьм в нагревательном элементе 11 (т.е. различным температурам термостата 2), соответствует различное изменение мощности, вызываемое одинаковым изменением угла отпирания, т.е. различное изменение температуры термостатируемого объема 2 при одинаковом изменении управляющего воздействия. -Таким образом, при этом способе регулирования температуры различным температурам термостатируемого объема 2 соответствует различная точность регулирования. При введении в устройство формирователя 8, управляемого синхронизированным по одному из входов силовой сетью переменного тока делителем 9 частоты с переменным коэффициентом деления, средняя мощность, вьщеляемая в нагревательном элементе 11 при угле отпирания равна iilf-1 N :iiR|7- / где - коэффициент деления. График зависимости ) от Ч в этом случае для ( - Vf изображ на .2 (кривая 2). Иэненение вьщеляемой в нагрева тельном элементе 11 средней.мощно вызванное .изменением угла отпирания df; в этом слзгчае равно м и dcOr-bi«4ol4 ; N ;йк

jz 60 90 т ш л

Фиг.2

f Ш Зависимость (f от приУд/г V-z изображена на фиг.З (кривая 2), График зависимости /jHf от (jlW изображен на фиг.4 (кривая 2 ). Из этого графика видно, что подбирая соответствунщий коэффициент деления, можно добиться уменьшения (( области регулирования, т.е. повысить точность и плавность регулирования.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВА;НИН ТЕМПЕРАТУРЫ, содержащее первичн - Преобразователь температуры, размещенньй в термостатируемом объеме и включенный в плечо моста, к выходу которого подключены соединенные I последовательно аналоговый ключевой элемент, измерительньй усилитель, формирователь импульсов управления, усилитель мощности и подключенньй через него к силовой сети нагреватель, а также соединенные последовательно и подключенные к выходу моста усилитель и компаратор, выходом связанный с управлянидим входом аналогового ключевого элемента, о тли чающееся тем, что, с целью расширения области применения и повышения Точности устройства, оно содержит включенный между выходом компаратора и вторым входом формирователя импульсов управления делитель частоты с переменным коэффи- циентом деления, связанньм синхронизирующим входом с полюсом силовой сети.

О.д

0,1

4

11111M r

Gf Й2 ЦЗ 2ФигЛ