Устройство для регулирования температуры Советский патент 1988 года по МПК G05D23/24 

Изобретение относится к области :автоматического регулирования, в частности к регулированию температу- ры объектов автоматики с малым вре- менем выхода в режим статирования. ; Целью изобретения является повышение точности.

На чертеже представлена структурная схема устройства.

Устройство содержит основной 1 и форсирующий 2 нагреватели, подключенные через первый и второй исполнительные элементы 3 и 4 к двухмерному источнику 5 питания со средней шиной, термочувствительный мост 6, подключенный выходом к ус$шителю 7, а входом - к источнику 8 переменного напряжения, кроме того, к нему подключены управляющий входфазочув- ствительного вьтрямителя 9 и вход формирователя 10 импульсов. Вход фазочувствителького вьтрямителя 9 подключен к выходу усилителя 8, а выход - к первому входу суммирую- |щего интегратора 11, второй вхпд которого соединен с диодно-резистив- ной цепью 12 обратной связи, третий :вход интегратора 1 1 подключен к делителю 13 напряжения, а четвертый вход интегратора 11 подключен к формирователю 10 импульсов. Выход интегратора подключен к объединенным входам первого и второго компарато- ров 14 и 15, первый компаратор 14 вьтолнен на разомкнутом операцион- ;ном усилителе 16, выкод которого под |ключен к управляющему входу испол- :нительного элемента 3, второй компаратор 15 вьтолнен на операционном усилителе. 17 е положительной о брат- ной связью на резистивном делителе 18, а выход операционного усилителя 17 подключен к управляющему входу второго исполнительного элемента 4, цепь 12 обратной связи содержит диод 19 и резистор 20.

Нагреватели и термочувствительный мосты помещены в термокамеру 21

Устройство работает следующим образом.

В момент включения температура в камере значительно ниже требуемой, термочувствительный мост 6 разбалан- сирован. На выходе измерительной диагонали моста присутствует большое переменное напряжение. Это напряжение усиливается усилителем 7, а фазо чувствительным вьшрямителем 9 преоб0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

разуется в постоянное положительное напряжение. Величина этого положительного напряжения по модулю значительно больше суммы отрицательного напряжения на выходе делителя 13 напряжения и треугольного напряжения, выра- батаьшаемого интегратором 11 из меандра, поступающего с формирователя 10 импульсов. Интегратор И находится в насьпденном состоянии, на выходе которого присутствует отрицательное напряжение, величина которого близка к напряжению источника питания. Это напряжение поступает на инверти- р ующий вход разомкнутого операционного усилителя 16 первого компаратора 14. На выходе компаратора 14 вырабатывается положительное напряжение, которое открывает первый исполнительный элемент 3 и через основной нагреватель 1 течет ток в направлении: нагреватель 1, первый исполнительный элемент 3, источник 5 питания. Напряжение с нагревателя 1 через цепь 12 обратной связи на вход интегратора не поступает.

Одновременно с этим отрицательное напряжение с выхода интегратора 1 1 поступает на вход второго компаратора 15, на выходе которого также устанавливается положительное напряжение, которое открьшает второй исполнительный элемент 4 и через форсирующий нагреватель 2 течет ток в направлении: нагреватель 2, исполнительный элемент 4, источник 5 питания.

Температура в камере 21 быстро по- вьшается. На измерительной диагонали моста 6 напряжение уменьшается, соответственно уменьшается напряжение на выходе усилителя 7 и па выходе фазо- чувствительного вьтрямителя 9. Напряжение на выходе интегратора 1 также уменьшается, но через нагреватель 1 и 2 продолжает течь ток, до тех пор, пока напряжение на выходе фазочувст- вительного вьтрямителя не сравняется с размахом треугольного напряжения. Как только напряжение на выходе фазо- .чувствительного выпрямителя станет меньше размаха треугольного напряжения, напряжение на выходе интегратора 1 выходит из отрицательной области и частично переходит среднюю шину. На выходе разомкнутого усилителя 16 компаратора 14 устанавливаются положительные импульсы в моменты перехода треугольного напряжения

через нулевую линию. Длительность этих импульсов пропорциональна величине сигнала рассогласования на выходе моста 6, Часть этих импульсов через цепь 12 обратной связи поступает на второй вход интегратора 1, уменьшая изменение тока в основном нагревателе 1 при изменении напряжения источника 5 питания.

Второй компаратор 15 остается в первоначальном положении, ток череэ форсирующий нагреватель 2 продолжает течь.

Температура в камере 21 продолжает быстро расти. Напряжение рассогласования на выходе моста 6 уменьшается, треугольное напряжение на выходе интегратора 1 1 под действием напряжения с вькода фазочувстви;тель- ного выпрямителя 9 продолжает переходить в положительную область, длительность импульсов на выходе ком- паратора 14 уменьшается и соответствующий ток в основном нагревателе также уменьшается, но температура в камере 21 продолжает расти, так как ток через форсирующий нагреватель 2 продолжает течь. По мере приближения, температуры в камере к заданной, напряжение на выходе моста 6 стремится к нулю, соответственно напряжение на выходе фазочувствитель- ного вьтрямителя 9 также стремится к нулю, треугольное напряжение на выходе интегратора 11 переходит в положительную область из-за влияния напряжения делителя 13 и на выходе компаратора 14 формируются короткие положительные импульсы, которые от-- пирают исполнительный элемент 3 и через основной нагреватель 1 протекают короткие импульсы тока. При этом второй компаратор 15 находится в прежнем положении и через форсирующий нагреватель 2 продолжает течь ток. Температура в камере продолжает расти и становится выше заданной. На выходе моста 6 фаза сигнала меняется на противоположную, усиливается усилителем 7, на выходе фазочувствитель- ного выпрямителя 9 полярность сигнала меняется на противоположную. Сумма напряжений, поступающих с делителя 13 напряжения на трети вход сум- миру ощего интегратора 11 и на его первый вход, становится: больше чем размах треугольного напряжения, напряжение на выходе интегратора пере

29095

в nojio V TenbH To область, на выходе первого компаратора 14 устанавливается отрицательное напряже ние, исполнительный элемент 4 закрывается и ток через основной нагреватель 1 на течет. Конденсатор интегратора 1I быстро заряжается и напряжение на выходе интегратора 1 1 стре10 мится к плюсу источника питания. Как только положительное напряжение на выходе интегратора 1 больше, чем напряжение обратной связи, сн1 маемое с делителя 18 операционного усилите15 ля 17 второго компаратора устройства 15, н апряжение на его выходе меняется на противоположное и второй исполнительный элемент 4 закрывается. Ток через форсирующий нагреватель 2 пре20 кращается. Б данный момент времени токи через основной и форсирующий нагреватели не протекают. Объект начинает остывать. Напряжение на выходе моста 6 уменьшается, соответственно

25 уменьшается и напряжение на выходе фазочувствительного выпрямителя 9, поступающего на первый вход интегратора 11. Положительное напряжение на выходе интегратора 11 уменьшается,

3d на исполнительные элементы 3 и 4 продолжают быть запертыми.

Температура в камере продолжает приближаться к заданной и как только достигнет ее, то на выходе моста 6

35 напряжение будет равно нулю. Соответственно нулю будет равно и напряжение на выходе фазочувствительного выпрямителя 9. На выходе интегратора 11 устанавливается треуголь40 ное напряжение, которое находится в положительной области за счет действия напряжения с делителя 13 напряжения. При дальнейшем остывании камеры 21 напряжение на выходе термо45 чувствительного моста 6 меняет фазу на обратную, усиливается усилителем 7 и преобразуется в положительное фазочувствительным выпрямителем 9. Часть треугольного напряжения на вы50 ходе интегратора 11 переходит в отрицательную область и на вькоде разомкнутого операционного усилителя 16 первого компаратора 14 в моменты перехода треугольного напряжения через

55 нулевую шину вырабатьшаются прямоугольные импульсы. Длительность этих импульсов пропорциональна напряжению рассогласования моста 7 и через основной нагреватель 1 протекают импульсы тока, поддерживая заданную те пературу в камере 21 .

Второй компаратор 15 переходит в

:обратное состояние только тогда, когда интегратор 11 переходит в об-

;ласть больших отрицательных напряже- жений, близких к напряжению насьпце- ния и определяется отношением резис:торов делителя 18.

Таким образом, предлагаемое уст- ройство отличается от известного, поскольку без увеличения времени выхода на рабочий режим работы повышается точность поддержания температуры

|Формула изобретения

Устройство для регулирования температуры, содержащее последовательно соединенные термочувствительный мост и ускпитель, последовательно ;соединенные первьм компаратор, пер- |вый исполнительный элемент и основ- ;ной нагреватель, а также последова- |тельно соединенные второй компара

;тор, второй исполнительный ,элемент

;и форсирующий нагреватель, двухполяр- ;ньм источник питания со средней шинной, причем входы компараторов сое- |динены между собой, а нагреватели |связаны с одной из шин источника пи- тания, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, уст5

5

0

5

ройство содержит источник переменного напряжения, формирователь импул 1- сов, фазочувствительньгй выпрямитель, суммирующий интегратор, диод- но-резистивную цепь обратной связи и делитель напряжения, причем выход источника переменного напряжения подключен к входу термочувствитель- го моста, входу формирователя импульсов и одному из входов фазочув- ствительного выпрямителя, другой вход которого соединен с выходом усилителя, один из электродов диода диод- но-резистивной цепи обратной связи соединен с выходом первого исполнительного элемента, а другой электрод диода через резистор диодно-резистив- ной цепи обратной связи соединен со средней шиной двухполярного источника питания, связанной через делитель напряжения с другой шиной двухполярного источника питания, первый, второй, третий и четвертый входы суммирующего интегратора соответственно подключены к выходу фазочувст- вительного выпрямителя, другому электроду диода диодно-резистивной цепи обратной связи, выходу делителя напряжения и выходу формирователя импульсов, а выход суммирующего интегратора соединен с входами компараторов .

«

4сэ1и 3ч

Изобретение относится к автоматике, в частности к устройствам тер- мостатирования объектов с малым временем выхода на режим. Целью изобретения является повьшение точности устройства для регулирования температур. Устройство содержит основной и форсирующий нагреватели, управляемые через соответствующие исполнительные элементы двумя компараторами с общим входом, и обеспечивает повьшение точности за счет формирования входного сигнала компараторов суммирующим интегратором, первый вход которого подключен к выходу фазочувствительного вьшрямителя, второй - к вьпсоду диодно-резистив- ной цепи обратной связи, третий - выходу делителя напряжения, а четвертый - к выходу формирователя импульсов. При этом измерительный сигнал переменного напряжения подается от соответствующего источника на входы термочувствительного моста, формирователя импульсов и один из входов фазочувствительного выпрямителя, другой вход которого соединен с выходом усилителя, вход которого связан с выходом моста. 1 ил. (О (Л