Устройство для программного регулирования температуры Советский патент 1990 года по МПК G05D23/19 

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для программного регулирования температуры различных объектов, например, температуры термостатов в дифференциально-термических анализаторах.

Цель изобретения - повышение быстродействия и расширение области применения программного регулятора.

На чертеже изображена блок-схема устройства для программного регулирования температуры.

Устройство содержит измеритель 1, блок 2 управления, блок 3 задания выдержки времени, блок k задания скорое ти изменения температуры, блок 5 уставок температуры и регулятор.6. Измеритель 1 содержит датчик 7 и усилитель 8. Блок 2 управления содержит триггер 9, узел 10 сброса, инвертор 11, тактовый генератор 12, четыре элемента ИЛИ 13 - 16, три элемента И 17- 19, делитель 20 частоты, ключ 21, две кнопки 22 и 23 и переключатель 2k режимов. Блок 3 задания выдержки времени содержит задатчик 25 выдержки времени, счетчик 26, дешифратор 27 и ключ 28. Блок k задания скорости изменения температуры содержит задат- чик 29 величины ступеней, счетчик 30, цифровой элемент 31 сравнения и элемент И 32. Блок 5 ycTasqK температур содержит задатчик 33 изотермических уровней, цифровой элемент 3 сравнения, реверсивный счетчик 35,- цифро- аналоговый преобразователь (ЦАП) 36 и компаратор 37.

Устройство работает следующим образом.

При включении устройства на выходе 10 узла сброса формируется импульс

сброса а, который устанавливают в исходное состояние триггер 9, ключ 21 и делитель 20, задатчик 25, счетчик 26, задатчик 29, счетчик 30, задатчик 33 и реверсивный счетчик 35. При этом на выходе дешифратора 27 устанавлива5

0

5

0

5

ется логическая I1

0

5

которая закрывает ключ 28 и подготавливает к работе элемент И 32. На выходе задатчиков 25, 29 и 33 устанавливаются величины соответственно времени и выдержки первой ступени нагрева (t,), первого изотермического уровня (Т, ) и ступени нагрева (йТ(). Логическая 1 с инверсного выхода элемента 31 сравнения подготавливает работу элемента И 19. Логическая М с инверсного выхода триггера 9 через элементы ИЛИ 15 и 16 подготавливает к работе элементы И 17 и 18, блокирует работу регулятора 6 и разрешает работу ЦАП 36 без стро- бирования. Логическая 1 с инверсного выхода делителя 20 через элемент ИЛИ 15 подготавливает работу элемента И 17. Компаратор 37 сравнивает выходную величину сигнала блока 1, которая соответствует текущему значению температуры в камере термостата (температура внешней среды), с величиной выходного сигнала ЦАП 36. Если величина сигнала на выходе блока 1 больше, то логический О с выхода компаратора 37 через инвертор 11 и элемент ИЛИ 14 разрешает прохождение тактовых импульсов с выхода ключа 21 через элемент И 17 на суммирующий вход счетчика 35, код которого начинает увеличиваться, приводя к возрастанию величины аналогичного сигнала |на выходе ЦАП 36. Когда величина сиг- (нала на выходе ЦАП 36 превысит сиг5,

нал на выходе блока 1, компаратор 37 перебрасывается и логическая 1 с его выхода через элемент ИЛИ 13 разрешает прохождение тактовых импульсов с выхода ключа 21 через элемент И 18 на вычитающий вход счетчика 35. Таким образом, величина сигнала на выходе ЦАП 36 следит за величиной сигнала на выходе блока 1.

При нажатии кнопки 22 Пуск перебрасывается триггер 9 и логический О с его инверсного выхода снимает блокировку с регулятора 6 и разрешает работу ЦАП 36 по стробирующему импульсу с выхода элемента И 32. Логическая 1 с прямого выхода триггера 9 через элементы ИЛИ 13 и 14 подготавливает работу элементов И 17 и 18 и разрешает прохождение тактовых импульсов с выхода генератора 12 через элемент И 19 на вход счетчика 30. Тактовые импульсы с генератора 12 поступают через ключ 21, элемент И 17 на суммирующий вход счетчика 35 и через элемент И 19 на вход счетчика 30, выходные коды которых начинают увеличиваться с одинаковой скоростью. Когда величина кода на выходе счетчика 30 станет равна величине кода на выходе за- датчика 29 (4 Т, ) элемент 31 сравнения перебрасывается и логический О и задний фронт перепада выходного сигнала с его инверсного выхода закрывают соответственно элемент И 19 и ключ 21, а логическая 1 его прямого выхода через элемент И 32 сбрасывает счетчик 30, записывает в счетчик 26 значение t, с выхода задатчика 25 и стробирует ЦАП 36, который преобразует входной цифровой код в аналоговый сигнал и запоминает его до прихода следующего стробирующего импульса. Регулятор 6 разогревает камеру термостата по появившемуся сигналу разности между выходными сигналами блока 1 и ЦАП 36. После сброса счетчика 30 элемент 31 сравнения перебрасывается в исходное состояние и логическая 1 и передний логический фронт выходного сигнала с его инверсного выхода открывают соответственно элемент И 19 и ключ 21. Задний фронт выходного сигнала элемента И 32 устанавливает на выходе задатчика 35 время выдержки t2. После записи в счетчик 26 значения t, логический О с выхода дешифратора 27 закрывает элемент 32.

26

Величины выходных кодов счетчиков 30 и 35 под воздействием тактовых импульсов начинают снова возрастать с одинаковой скоростью. И когда величина кода на выходе счетчика 30 снова станет оавна величине кода на выходе задатчика 29 (AT,), элемент 31 сравнения перебрасывается, что приводит

к закрытию элемента И 19 ключа 21 и подготовке к работе элемента И 32. После истечения времени выдержки первой ступени (tt) на выходе дешифратора 27 появляется логическая 1, которая через элемент И 32 стробирует ЦАП 36, сбрасывает счетчик 30 и записывает в счетчик 26 значение t. В

0

дальнейшем регулятор снова разогревает камеру термостата (по вновь появившемуся сигналу разности между выходными сигналами блока 1 и ЦАП 36), элемент 31 сравнения перебрасывается в исходное состояние, что приводит к открыванию элемента И 19 ключа 21,

записи на выход задатчика 25 значения Ц , возрастанию величин кодов на выходе счетчиков 30 и 35 и т.д.

Когда величина кода на выходе счетчика 35 сравняется с величиной кода

на выходе задатчика 33, срабатывает элемент 3 и на его выходе формируется логический импульс, который меняет состояние логических выходных сигналов делителя 2U на противоположные,

закрывает ключ 21, устанавливает величину ступени охлаждения (ЛТг) на выходе задатчика 29 и подготавливает задатчик 25 для работы по заложенной в нем программе охлаждения (при этом

на его выходе устанавливается значение времени выдержки t ). После срабатывания элемента 31 и появления логической 1 на выходе дешифратора 27 сбрасывается счетчик 30, записывается величина времени выдержки (() в счетчик 26, стробируется ЦАП 36 (при этом на его выходе устанавливается аналоговая величина, соответствующая температуре Т, ) , возвращается в

исходное состояние элемент 31 сравнения, открывается ключ 21 и на выходе задатчика 25 устанавливается время выдержки первой ступени охлаждения (t2ojc ) . D связи с тем, что выходные

логические уровни на выходе делителя 20 изменились на противоположные,тактовые импульсы поступают с выхода генератора 12 через ключ 21, элемент И 18 на вычитающий вход счетчика 35

и в дальнейшем происходит уменьшение кода на его выходе в соответствии с заданной программой задатмиков 25. При этом регулятор б охлаждает каме- ру термостата, так как в данном случ сигнал разности между выходными сигналами блока 1 и ЦАП 36 имеет противоположный знак. В остальном работа устройства аналогична работе при наг реве.

Когда код на выходе счетчика 35 достигнет значения, соответствующего значению Т2, импульс с выхода элемента 3 сравнения перебрасывает дели тель 20 в исходное состояние. Положительный логический перепад с инвертирующего выхода делителя 20 воздействует через переключатель (если он находится в режиме Разовый) на вход схемы 10, которая формирует на выходе сигнал сброса а, приводя все устройство в исходное состояние.

В случае, если переключатель 2k находится в режиме Циклический, происходит снова разогрев камеры термостата до третьего изотермического уровня (ij) в соответствии с вновь заданной программой задатчиков 25 и 29 и т.д. до остановки устройст ва нажатием кнопки Сброс.

При использовании в качестве ЦАП 36 интегральной схемы К 572ПА2 одна единица его младшего разряда будет соответствовать 0,1°С (если его максимальный выходной сигнал соответствует 09,6°С в камере термостата). Применяя шестнадцатиразрядный ЦАП эта величина уменьшается до 0,ООб25С Таким образом, программный регулятор температуры позволяет воспроизводить режимы нагрева и, затем, охлаждения как ступенчатого (с любой величиной ступени, устанавливаемой задатчиком 29) , так и линейного вида (когда величина ступени равна одной единице младшего разряда ЦАП 36 с любой скоростью, определяемой задатчиком 25), а также,программируя соответствующим образом время выдержки каждой ступени (с помощью задатчика 25), можно создавать практически любую форму кривой разогрева и охлаждения.

Схемные решения блоков 2 .- 5 поз

воляют наряду с возможностью задания линейного разогрева в широком диапазоне скоростей задавать также ступенчатый нагрев с широким диапазоном вы

5 0

5 о $ п

5

бора величин ступеней или другие более сложные. Например, для задания нагрева по экспоненциальной кривой на задатчике величины ступеней необходимо установить минимальное значение, что соответствует одной единице младшего разряда ЦАП, а задатчик времени выдержки запрограммировать с возрастанием времени выдержки каждой последующей ступени по экспоненциальной зависимости в соответствии с необходимой кривой нагрева. Устройство обеспечивает также возможность программного задания кривой охлаждения. Таким образом, расширяется область применения по сравнению с известными устройствами программного регулирования температуры.

Введение в устройство компаратора и его связей приводит перед пуском устройства к автоматической установке на выходе ЦАП величины сигнала, соответствующей начальной температуре объекта регулирования, благодаря чему после наматия кнопки 22 Пуск сразу начнется разогрев по заданному закону и не затрачивается время для выхода на начальную изотермическую ступень, что повышает быстродействие.

Формула изобретения

Устройство для программного регулирования температуры, содержащее измеритель, блок управления, включающий в себя узел сброса и тактовый генератор, блок задания выдержки времени, блок задания скорости изменения температуры, блок уставок температур и регулятор, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия и расширения области применения, блок управления дополнительно содержит триггер, инвертор, с первого по четвертый элемента ИЛИ,три элемента И, делитель частоты, переключатель режимов, ключ, при этом первый вход триггера соединен с выходом узла сброса, второй вход триггера через кнопку с общей шиной, а первый выход триггера является первым выходом блока управления, вход инвертора является первым входом блока управления, первый вход первого элемента ИЛИ соединен с первым входом блока управления, а второй вход первого элемента ИЛИ соединен с вторым выходом триггера, вход сброса делителя частоты соединен с выходом узла сброса, информационный вход делителя частоты является вторым входом блока управления, а первый выход делителя частоты , через переключатель режимов соединен с первым входом узла сброса, первый и второй управляющие входы ключа соединены соответственно с вторым и тревыдержки времени, блок задания скорости изменения температуры содержит за- датчик величины ступеней, счетчик, цифровой элемент сравнения и элемент И, при этом вход задатчик величины ступеней является первым входом блока задания скорости изменения температуры, тактовый вход счетчика явля

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для программного регулирования температуры (камер термостатов и др.). Цель изобретения - повышение быстродействия и расширение области применения. Устройство для программного регулирования температуры содержит измеритель 1, блок 2 управления, подключенный входами к первому и третьему выходам блока 5 уставок температур, к первому выходу блока 4 задания скорости изменения температуры, блок 3 задания выдержки времени, подключенный входами к пятому выходу блока 2 управления, к второму выходу блока 4 задания скорости изменения температуры и к первому выходу блока 5 уставок температур, блок 4 задания скорости изменения температуры, подключенный входами к первому выходу блока 5 уставок температур, к второму выходу блока 2 управления и к выходу блока 3 задания выдержки времени, блок 5 уставок температур, подключенный входами к первому, третьему и четвертому выходам блока 2 управления, к второму выходу блока 4 задания скорости изменения температуры и к выходу измерителя 1, регулятор 6, подключенный входами к первому выходу блока 2 управления, к второму выходу блока 5 уставок температур и к выходу измерителя 1. 1 ил.

тьим входами блока управления, инфор-jQ ется вторым входом блока задания скомационныи вход ключа соединен с выходом тактового генератора, а вход сброса ключа - с выходом узла сброса, первый вход первого элементами соединей с третьим входом блока управления j$ неи и счетчика, а первый выход являвторой вход первого элемента И соединен с вторым выходом триггера, третий вход первого элемента И - с выходом тактового генератора, а выход первого элемента И является вторым выходом 20 блока управления.входы второго элемента ИЛИ соединены с выходом инвертора и с вторым выходом триггера, входы третьего элемента ИЛИ соединены с первым выходом триггера и с первым выхо- 25 дом делителя частоты, входы второго элемента И соединены соответственно с выходом второго элемента ИЛИ, с выходом третьего элемента ИЛИ и с выходом ключа, а выход второго элемента 30 И является третьим выходом блока управления, входы четвертого элемента ИЛИ соединены с первым выходом триггера и с вторым выходом делителя частоты, входы третьего элемента И соединены соответственно с выходом первого элемента ИЛИ, с выходом четвертого элемента ИЛИ и с выходом ключа, а выход третьего элемента И является четвертым выходом блока управления, причем выход тактового генератора и выход сброса являются Ьоответственно пятым выходом и выходом сброса блока управления, блок выдержки времени содержит задатчик выдержки времени, ключ, счетчик и дешифратор, при этом первый и второй входы задатчика являются соответственно первым и вторым входами блока выдержки времени, вход ключа является третьим входом блока выдержки времени, тактовый вход счетчика соединен с выходом ключа, вход задания кода - с выходом задатчика выдержки времени, вход установки счет- чика соединен с вторым входом блока ,- выдержки времени, вход дешифратора соединен с выходом счетчика, а выход дешифратора соединен с управляющим входом ключа и является выходом блока

35

40

45

50

ется первым выходом блока задания ско рости изменения температуры, первый вход элемента И соединен с вторым выходом цифрового элемента сравнения, второй вход элемента И является третьим входом блока задания скорости изменения температуры, выход элемента И соединен с входом установки счет чика и является вторым выходом блока задания скорости изменения температуры, блок уставок температуры содержит задатчик изотермических уровней, реверсивный счетчик, цифровой элемент сравнения, цифроаналоговый преобразователь и компаратор, при этом суммирующий и вычитающий входы реверсивного счетчика являются соответственно первым и вторым входами блока уставок температур, первый и второй входы циф рового элемента сравнения соединены с выходами соответственно задатчика изо термических уровней и реверсивного счетчика, а выход соединен с входом задатчика изотермических уровней и является первым выходом блока уставок температур, цифровой вход, цифро- аналогового преобразователя соединен с выходом реверсивного счетчика, входы стробирования и управления строби- рованием являются соответственно третьим и четвертым входами блока уставок температур, а выход цифроаналого- вого преобразователя является вторым выходом блока уставок температур, первый вход компаратора соединен с выходом цифроаналогового преобразователя, второй вход компаратора является пятым входом блока уставок температуры, а выход компаратора - третьим выходом блока уставок температур, при этом блок управления соединен первым входом с третьим, а вторым входом с первым выходами блока уставок температур, третьим входом - с первым выходом блорости изменения температуры, первый и второй входы цифрового элемента сравнения соединены с выходами соответственно задатчика величины ступе$ неи и счетчика, а первый выход явля05 0 -

5

0

5

0

ется первым выходом блока задания скорости изменения температуры, первый вход элемента И соединен с вторым выходом цифрового элемента сравнения, второй вход элемента И является третьим входом блока задания скорости изменения температуры, выход элемента И соединен с входом установки счетчика и является вторым выходом блока задания скорости изменения температуры, блок уставок температуры содержит задатчик изотермических уровней, реверсивный счетчик, цифровой элемент сравнения, цифроаналоговый преобразователь и компаратор, при этом суммирующий и вычитающий входы реверсивно го счетчика являются соответственно первым и вторым входами блока уставок температур, первый и второй входы цифрового элемента сравнения соединены с выходами соответственно задатчика изотермических уровней и реверсивного счетчика, а выход соединен с входом задатчика изотермических уровней и является первым выходом блока уставок температур, цифровой вход, цифро- аналогового преобразователя соединен с выходом реверсивного счетчика, входы стробирования и управления строби- рованием являются соответственно третьим и четвертым входами блока уставок температур, а выход цифроаналого- вого преобразователя является вторым выходом блока уставок температур, первый вход компаратора соединен с выходом цифроаналогового преобразователя, второй вход компаратора является пятым входом блока уставок температуры, а выход компаратора - третьим выходом блока уставок температур, при этом блок управления соединен первым входом с третьим, а вторым входом с первым выходами блока уставок температур, третьим входом - с первым выходом блока задания скорости изменения температур, блок выдержки времени первым входом соединен с первым выходом блока уставок температур, вторым входом с вторым выходом блока задания скорости измерения температур и третьим входом - с пятым выходом блока управления,блок задания скорости изменения температур соединен первым входом с первым выхо- JQ дом блока уставок температур, вторым входом с вторым выходом блока управления и третьим входом - с выходом блока выдержки времени, блок уставок температур соединен первым входом с $

третьим и вторым входом с четЁертым выходами блока управления,третьим входом - с вторым выходом блока задания скорости изменения температур, четвертым входом - с первым выходом блока управления, пятым входом - с выходом измерителя, регулятор первым входом соединен с вторым выходом блока уставок температур, вторым входом с выходом измерителя, а входы блокировки - с первым выходом блока управления, входы сброса всех счетчиков и задатчиков соединены с выходом сброса блока управления.