Устройство для регулирования температуры Советский патент 1988 года по МПК G05D23/19 

Изобретение относится к автоматическому регулированию температуры, в частности к терморегулирукщим устройствам хроматографов, и может быть использовано в устройствах термоста - тирования хроматографических колонок детекторов и устройств ввода проб.

Цель изобретения - повышение точ ности. . .

На чертеже представлена структур- най схема устройства.

Устройство содержит термостат 1, в котором расположены нагреватель 2 и датчик температуры термостата 3, соединенный с входом усилителя 4. Выход последнего подключен к бдному иэ входов первого сумматора 5, выход которого соединен с входом первого управляемого делителя 6 напряжения, а другой вход - с первым выходом программного задатчика 7 температуры на котором формируется сигнал, пропорциональный заданной температуре. Первый выход задатчика 7 соединен также с вторым входом второго сумматора 8, первый вход.которого соединен с измерителем теплового потока термостата 9, а выход - с первым входом третьего сумматора 10. Выход сум матора 10 соединен с управляющим входом первого управляемого делителя 6, а второй вход - с вторым выходом задатчика 7, на котором формируется

сигнал, пропорциональный скорости

программирования температуры. Второй выход задатчика 7 соединен также с управляющим элементом 11, который регулирует коэффициент передачи днф- ференгщрующего звена 12 интегратора- дифференциатора 13, в состав которого входят включенные параллельно диф ференцирующее звено 12, интегрирующее звено 14 и пропорциональное звено 15. Вход интегратора-дифференциа- тора 13 подключен к выходу первого управляемого делителя 6, а выход - к входу второго управляемого делителя напряжения 16, управляияций вход которого соединен с преобразователем амплитуды напряжения 17 сети, а выход - с входом преобразователя 18 напряжение-частота. Последиий соединен с выходом синхронизатора 19 и дходом тиристора 20, через который подключен к хштающей сети нагреватель 2.

Измеритель теплового потока термостата 9 содержит установленные на наружных стенках термостата 1 датчи

г

10

5 0 25 30

д

о j

0

5

ки температуры 21, 22, 23, соединенные через масштабные усилители 24, 25, 26 с входами четвертого сумматора 27.

Устройство работает следующим образом.

На первом выходе программного задатчика 7 формируется напряжение, пропорциональное заданной температуре. Это напряжение подается на первый вход первого сумматора 5, на второй вход которого подается напряжение противоположной полярности, соответствующее фактической температуре термостата 1. Это напряжение формируется усилителем 4, который преобразует сигнал с датчика температуры термостата 3 в напряжение, пропорциональное фактической температуре термостата 1. На выходе сумматора 5 формируется сигнал ошибки, пропорциональный разности фактической и заданной температур. Напряжение, пропорциональное заданной температуре, с первого выхода задатчика 7 подается также на второй вход второго сумматора 8, на первый вход которого с измерителя 9 подается напряжение противоположной полярности, соответствующее тепловому потоку термостата в окружающую среду. На выходе сумматора 8 формируется сигнал, учитывающий тепловой поток термостата в окружающую среду. Сигнал с выхода сумматора 8 поступает на первый вход сумматора 10, на второй вход которого подается сигнал с второго выхода задатчика 7, пропорциональный скорости изменения температуры. В изотермическом режиме величина сигнала на втором входе сумматора 10 равна нулю, позтому сигнал на выходе сумматора 10 равен сигналу на его первом входе. С выхода сумматора 10 сигнал поступает на управляющий вход управляемого делителя 6, на сигнальный вход которого подается сигнал отнибки с выхода сумматора 5. Изменение коэффициента деления дели- теля 6 равносильно изменению коэффициента передачи К терморегулирукщего устройства.

Скорректированный сигнал ошибки с выхода управляемого делителя 6 поступает на вход интегратора-дифференциатора 13, который реализует ПИД-закон регулирования, т.е. интегрирующее звено 14 повышает устойчивость системы регулирования (исключает пере314

ход в автоколебательный режим), а дифференцирующее звено 12 частично компенсирует транспортные задержки в цепи обратной связи терморегулятора-

При работе в режиме программирования температуры (диапазон скоростей 1-24°С/мин) с увеличением скорости программирования увеличивается вели- чина транспортных задержек в цепи обратной связи, приводящая к несоответствию фактического закона изменения температуры заданному. Для устранения этого несоответствия коэффициент передачи дифференцирукяцего звена 12 интегратора-дифференциатора 13 необходимо увеличивать пропорционально скорости программирования температуры. Эту функцию выполняет элемент П, на вход которого подается сигнал задания скорости изменения, температуры с второго выхода программного задат- чика 7.

Скорректированный сигнал ошибки с выхода интегратора-дифференциатора 13 подается на вход второго управляемого делителя 16, управляющий вход которого соединен с выходом преобразователя 17 напряжения питающей .сети. На выходе последнего формируется сигнал, величина которого соответствует величине напряжения питающей сети. С изменением питающего напряжения изменяется и коэффициент деле- ния управляемого делителя 16 сигнала, что исключает влияние величины напряжения питающей сети на точность зада- ния и поддержания температуры.

Сигнал с выхода управляемого дели- теля 16 поступает на вход преобразователя 18 напряжение-частота, на вы- ходе которого формируется последовательность управлякшщх импульсов, количество которых (частота) пропорцио- нально величине сигнала на выходе делителя 16. Синхронизатор 19 обеспечивает включение тиристора 20 в начале полуволны питающего напряжения 22.0 В, 50 Гц и позволяет уменьшить величину коммутирующих токов при включении вентиля 20 и величину электромагнитных наводок.

Величина 1,,..,,. в режиме программи ошис

рования температуры зависит от скорости программирования. Чем вьше скорость программирования температуры, тем больше сигнал ошибки, несоответствие заданной и фактической темпера

д 5 0

5 0 5 ;

0 с

0

5

154

турных программ. Указанное несоответствие устраняется путем изменения коэффициента передачи терморегулятора пропорционально скорости программирования температуры. С этой целью сигнал с второго выхода задатчика 7, соответствующий скорости программирования температуры, подается на второй вход сумматора 10, сигнал с выхода которого поступает на управляю щий вход управляемого делителя 6, с помощью которого изменяется коэффициент передачи устройства.

Датчики 21-23, установленные в геометрических центрах стенок, на которых отсутствуют тепловыделяющие устройства (детектор, испаритель, двигатель), измеряют температуру стенок термостата 1, сигналы датчиков 21-23 суммируются третьим сумматором 27, на выходе которого формируется сигнал, соответствующий величине теплового потока через стенки термостата 1, т.е. величина коэффициента деления (коэффициент передачи терморегулятора) будет изменяться в соответствии с изменением величины теплового потока через стенки термостата, т.е. исключается влияние на точность задания и поддержания температуры величины температуры окружающей среды и интенсивности теплообмена (обдува) наружных стенок термостата.

Преимуществом изобретения перед прототипом является значительное повышение точности задания и поддержания температуры, воспроизводимости и точности температурных программ, обусловленные исключением транспортных задержек между изменением величины напряжения питающей сети и реакцией терморегулируицего устройства; исключением зависимости точности задания (воспроизводимости) температуры от величины напряжения питающей , сети, поддерживаемой температуры и температуры окружающей среды; исключением влияния на точность задания и поддержания температуры интенсивности теплообмена между термостатом и окружающей средой; поддержанием оптимальной величины коэффициента передачи терморегулирующего устройства во всем диапазоне поддерживаемых температур и скоростей программирования температуры; поддерживанием оптимальной величины постоянной времени интегратора-дифференциатора во всем

диап11эоне скоростей программирования температуры; повышение величины коэффициента передачи терморегулирующего устройства.

Формул изобретения

. Устройство для регулирования температуры, содержащее термостат с ю размещенными в нем нагревателем и датчиком температуры термостата, последовательно с которым включены усилитель и первый сумматор 9 программный задатчик температуры,. интегратор-диф- 15 управляемого делителя напряжения, ференциатор, состоящий из параллель- через который выход первого суммавторого сумматора соединен с первым выходом программного задатчика темпе ратуры, подключенного вторым выходом к одному из входов третьего сумматор и входу управляницего элемента, подключенного выходом к управлякяцему входу интегратора-дифференциатора, другой вход второго сумматора соеди- нен с выходом измерителя теплового потока термостата, а выход второго сумматора подключен к другому входу третьего сумматора, выход которого соединен с управляющим входом перво управляемого делителя напряжения, через который выход первого суммавторого сумматора соединен с первым выходом программного задатчика температуры, подключенного вторым выходом к одному из входов третьего сумматор и входу управляницего элемента, подключенного выходом к управлякяцему входу интегратора-дифференциатора, другой вход второго сумматора соеди- нен с выходом измерителя теплового потока термостата, а выход второго сумматора подключен к другому входу третьего сумматора, выход которого соединен с управляющим входом перво

Изобретение относится к технике автоматического регулирования температуры, и в частности к терморегули- рукщим устройствам хроматографов, н может быть использовано в устройствах термостатирования хро матографических колонок, детекторов и устройств ввода проб. Целью изобретения является повышение точности. Устройство содержит термостат 1, нагреватель 2, датчик 3. температуры термостата, усилитель 4, сумматоры 5,8,10, управляемые делители 6,16 напряжения. задатчик 7, измеритель 9 теплового потока термостата, управляющий элемент 11, дифференцирующее звено 12, интегратор-щсфференциатор 13, интегрирующее звено 14, пропорциональное звено 15, преобразователь 17 амплитуды напряжения сети, преобразователь 18 напряжение-частота, синхронизатор 19, тиристор 20. Датчики 21-23, установленные в геометрических центрах стенок, на которых отсутствуют тепловыделяющие устройства (детектор, испаритель, двигатель), измеряют температуру стенок термостата 1J сигналы датчиков 21-23 суммируются сумматором 27, на выходе которого формируется сигнал, соответствующий величине теплового потока через стенки термостата 1, т.е. козффнциент деления (коэффициента передачи терморегулятора) будет изменяться в соответствии с изменением величины теплового потока через стенки TepMoc-i-uTa, -следовательно , исключается влияние на точность задания и поддержания температуры окружающей среды и интенсивности теплообмена (обдуйа) наружных стенок термостата. 1 з.п. ф-лы, 1 ил. ,

но соединенных пропорционального, ин- тегриругадего и дифференцирующего звеньев , последовательно соединенные преобразователь напряжение частота и тиристор, а также синхронизатор, подключенный входом к шинам сети переменного тока, а выходом - к управляющему входу преобразователя напряжение-частота, нагреватель связан с сетью переменного тока через тиристор, а первый выход программного задатчика температуры соединен с другим входом первого сумматора, о т - личающееся тем, что, с целью повьппения точности, устройство содержит второй и третий сумматоры, первый и второй управляемые делители напряжения, измеритель теплового потока термостата, управлякнций элемент и преобразователь амплитуды напряжения сети1(а дифференцирукяцее звено интегратора-дифференциатора вьшолнено управляемым, причем один из входов

тора связан с входом интегратора-дифференциатора, соединенного через вто- ,рой управляемый делитель напряжения

с входом преобразователя напряжение- частота, преобразователь амплитуды напряжения сети входом соединен с шинами сети переменного тока, а выходом - с управляющим входом второго

управляемого делителя напряжения.

содержит датчики температуры, масштабные усилители по числу датчиков температуры и четвертый сумматор, причем датчики температуры установлены на наружных стенках термостата

и через соответствующие масштабные усилители подключены к входам сумматора, выход которого соединен с выходом измерителя теплового потока термостата.