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

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано для регулирования температуры нагревательных элементов.

Известно устройство для регулирования температуры, содержащее последовательно соединенные трансформатор, коммутирующий элемент и исполнительный элемент, последовательно соединенные выпрямитель, входом связанный с выходом трансформатора, формирователь опорного напряжения и элемент сравнения, к второму входу которого подключен через масштабирующий блок- вход исполнительного элемента, а также пороговый элемент, выход которого связан с управляющим входом коммутирующего элемента, последовательно соединенные формирователь трапецеидальных импульсов, входом связанный с выходом выпрямителя, амплитудный модулятор и интегратор, выход которого соединен с входом порогового элемента, причем к второму входу модулятора подключен вьГход элемента сравнения 1.

Недостатком этого регулятора является то, что для достижения высокой точности регулирования необходимо обеспечить стабильность крутизны нарастания напряжения поступающего на первый вход порогового элемента, что усложняет устройство и уменьшает надежность его работы.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для регулирования температуры, содержащее задатчик температуры, формирователь синхроимпульсов, последовательно соединенные датчик температуры, усилитель, компаратор, формирователь импульсов управления, регулирующий элемент и нагреватель, последовательно соединенные вычитатель, блок памяти, генератор тактовых импульсов и цифроаналоговый преобразователь, управляющий вход которого связан с выходом формирователя синхроимпульсов, первый выход - с первым входом вычитателя, второй выход - с вторым входом компаратора, выходом подключенного к управляющему входу блока памяти, причем выход задатчика температуры соединен с вторым выходом вычитателя 2.

В известном устройстве крутизна нарастания пилообразного напряжения на втором выходе цифроаналогового преобразователя, а вследствие этого и мощность, подводимая к нагревательному элементу, зависит от разности кодов температуры нагревательного элемента и задатчика температуры. В сочетании с обычным фазовым регулированием это позволяет снизить перерегулирование, однако не обеспечивает высокой точности регулирования.

Цель изобретения - повышение точности устройства.

Указанная цель достигается тем, что в устройство для регулирования температуры

содержащее задатчик температуры, вычитатель, последовательно соединенные регулирующий элемент, нагреватель, датчик температуры и усилитель, генератор тактовых импульсов, блок памяти, формирователь импульсов, формирователь синхроимпульсов, задатчик температуры связан с первым входом вычитателя, введены аналогоцифровой преобразователь, делитель частоты, двоичный счетчик, первый и второй реверсивные счетчики , RS-триггер, причем генератор тактовых импульсов, делитель частоты, двоичный счетчик, блок памяти, первый реверсивный счетчик, формирователь импульсов, RS-триггер и регулирующий элемент соединены последовательно, при этом выход блока памяти подсоединен к суммирующему входу первого реверсивного счетчика, вычитающий вход которого связан с выходом генератора тактовых импульсов, выход формирователя импульсов подключен к вычитающему входу второго реверсивного счетчика и управляющему входу первого реверсивного счетчика, суммирующий вход которого связан с выходом вычитателя, а выход - с S входом RS-триггера, усилитель подключен к второму входу вычитателя через аналого-цифровой преобразователь, вход формирователя синхроимпульсов связан с выходом регулирующего элемента, а выход - с управляющими входами блока памяти, второго реверсивного счетчика и с R входом RS-триггера.

На чертеже изображена функциональная схема устройства для регулирования температуры.

Устройство для регулирования температуры содержит задатчик 1 температуры, вычитатель 2, второй реверсивный счетчик 3, RS-триггер 4, регулирующий элемент 5, нагреватель 6, датчик температуры 7, усилитель 8, аналого-цифровой преобразователь 9, генератор 10 тактовых импульсов, делитель 11 частоты, двоичный счетчик 12, блок 13 памяти, первый реверсивный счетчик 14, формирователь 15 импульсов фор мирователь 16 синхроимпульсов.

Устройство работает следующим образом.

В момент включения устройства задатчик 1 температуры преобразует температуру нагревателя 6 в напряжение, которое усиливается усилителем 8. Аналого-цифровой преобразователь 9 преобразует напряжение с выхода усилителя 8 в цифровой код, поступающий на второй вход вычитателя 2. На первый вход вычитателя 2 поступает код температуры, заданной задатчиком 1. Вычитатель 2 формирует на своем выходе код п, соответствующий разности температур нагревателя 6 и задатчика 1.

Делитель 11 частоты делит частоту, генерируемую генератором 10, на 2 где N - разрядность кода, формируемого на выходе вычитателя 2. На выходе делителя 11 частоты вырабатываются импульсы частотой . где fo - частота, генерируемая генератором 10. Выход делителя 11 частоты подключен к счетному входу счетчика 12. При переходе напряжения, питающего нагреватель 6, через ноль формирователь синхроимпульсов ,16 формирует на выходе одиночные импульсы. Импульс с выхода формирователя синхроимпульсов 16 перепись вает код с выхода счетчика 12 в блок 13 памяти, и обнуляет счетчик 12, т.е. последний считывает импульсы, поступающие с выхода делителя 11 частоты в период времени, равный -, где Т - период напряжения, питающего нагреватель 6. Таким образом, код NJ, который записывается в блок 13 памяти каждый полупериод напряжения, питающего нагреватель 6, равен N, f,i f. Импульсы частотой выхода генератора 10 поступают на вычитающий вход первого реверсивного счетчика 14. При уменьшении кода на выходе счетчика 14 до нуля формирователь импульсов 15 формирует короткий импульс записи, который переписывает код NI с выхода блока 13 памяти в счетчик 14. По окончании импульса записи сигнал на выходе счетчика 14 уменьщается с кода Ы1до нуля и описанные действия повторяются. Время f, за которое сигнал на выходе счетчика 14 уменьшается с кода N до нуля равно f -f-i -i-tТаким образом, формирователь 15 импульсов вырабатывает импульсы частотой равной f - 1 -9 2 г -IT Т Импульс формирователя 16 синхроимпульсов переписывает код п с выхода вычитателя 2 во второй реверсивный счетчик 3 и переводит RS-триггер 4 в состояние логического нуля. Этот сигнал закрывает регулирующий элемент 5, через который запитывается нагреватель 6. На вычитающий вход реверсивного счетчика 3 поступают импульсы частотой f с выхода формирователя 15 импульсов. Сигнал на выходе реверсивного счетчика,3 уменьщается с кода п до нуля. В этот момент времени импульс с выхода счетчика 3 переводит RS-триггер 4 в состояние логической единицы, открывая регулирующий элемент 5. Время, за которое сигнал на выходе реверсивного счетчика 3 уменьщается с кода п до нуля, соответствует времени открытия регулирующего элемента. Оно равно t П (2, откуда видно, что время открытия регулирующего элемента не зависит от частоты генератора 10 тактовых импульсов. Кроме того, из выражения (1) видно, что максимальному коду с выхода вычитателя 2 ПтаГ2 соответствует максимальное время открытия регулирующего-элемента 5 trt,as -S-- Из этого следует что, так как во время работы устройства с помощью формирователя 16 синхроимпульсов производится текущее определение периода Т, то погрешности формирования времени t, связанные с нестабильностью периода Т, исключаются. Вследствие этого исключаются и аналогичные погрешности регулирования температуры нагревателя 6. Изобретение обладает рядом существенных преимуществ по сравнению с известным устройством. За счет исключения погрещностей регулирования температуры, связанных с нестабильностью частоты генератора тактовых импульсов и частоты питающего нагреватель напряжения, повышается точность регулирования, при этом отпадает необходимость в разработке дополнительных устройств, стабилизирующих частоту питающего нагреватель напряжения.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ, содержашее задатчик температуры, вычитатель, последовательно соединенные регулируюш,ий элемент, нагреватель, датчик температуры и усилитель, генератор тактовых импульсов, блок памяти, формирователь импульсов, формирователь синхроимпульсов, задатчик температуры связан с первым входом вычитателя, отличающееся тем, что, с целью повышения точности устройства, в него введены аналого-цифровой преобразователь, делитель частоты, двоичный счетчик, первый и второй реверсивные счетчики RS-триггер, причем генератор тактовых импульсов, делитель частоты, двоичный счетчик, блок памяти, первый реверсивный счетчик, формирователь импульсов, RS-триггер и регулирующий элемент соединены последовательно, при этом выход блока памяти подсоединен к суммирующему входу первого реверсивного счетчика, вычитающий вход которого связан с выходом генератора тактовых импульсов, выход формирователя импульсов подключен к вычитающему входу второго реверсивного счетчика и управляющему входу первого реверсивного счетчика, суммирующий вход I которого связан с выходом вычитателя, а выход - с S входом RS-триггера, усилитель (Л подключен к второму входу вычитателя через аналого-цифровой преобразователь, вход формирователя синхроимпульсов связан с входом регулирующего элемента, а выход - с управляющими входами блока памяти,, второго реверсивного счетчика и с R входом RS-триггера. СП ;о со ю