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

Изобретение относится к автоматическому регулированию температуры и может быть использовано для стабилизации температуры в зоне криоста- тирования холодильных установок и измерения их избыточной холодопроиз- водительности.

Цетью изобретения является повышение точности устройства.

На чертеже представлена функциональная схема устройства.

Схема содержит датчик 1 и задатчик 2 температуры, дифференциальный усилитель 3, первый 4 и второй 5 элементы сравнения, первый 6 и второй 7 усилители, исполнительный.элемент 8

(нагреватель), счетчик 9, генератор 10 импульсов, циброаналоговый преобразователь 11, блок 12 начальной установки, сумматор 13, интегратор 14, запоминающий элемент 15, пороговый элемент 16, измеритель 17 мощности, подводимый к нагревателю, аналого-цифровой преобразователь 18, выход J9 индикации, Формирователь 20 управляющих сигналов, содержащий формирователь 21 импульсов, триггер 22, элемент И-НЕ 23

Устройство для регулирования температуры работает следующим образом.

После подачи напряжения питания триггер 22 формирователя 20 управляющих сигналов устанавливается по входу R блоком I2 начальной установки в нулевое состояние. Запоминающий элемент 15, интегратор 14 и счетчик 9 обнулены. При наличии разности выходных сигналов датчика 1 и задатчика 2 температуры дифференциальный усилитель 3 находится в ограничении, его выходное напряжение поступает через сумматор 13 на второй вход первого элемента 4 сравнения. Усилителем 6 на нагревателе 8 устанавливается максимальная мощность. Происходит форсированный разогрев терморегулируемого объекта. Когда выходное напряжение дифференциального усилителя 3 достигнет величины срабатывания порогового элемента 16, равной, например, нулю, на выходе последнего формируется пе- .репад уровня логической 1 в уровень логического О, По этому перепаду в момент времени t на выходе формирователя 21 импульсов появляется сигнал уровня 0м, устанавливающий триггер 22 в единичное состояние. На выходе элемента И-НЕ 23 устанавливает1 ся уровень О, снимающий запрет по выходу R счетчика 9. Заполнение счетчика 9 осуществляется импульсами опорной частоты генератора 10. В это же время нулевое напряжение дифференциального усилителя 3 проходит через сумматор 1 3 на вход элемента 4 сравнения и устанавливает на нагревателе 8 величину мощности, равную нулю. Происходит охлаждение объекта. В момент времени ti при повторном достижении температуры объекта заданного значения на выходе дифференциального усилителя 3 напряжение изменяет знак и на нагревателе 8 устанавливается мощность, определяемая величиной этого напряжения. Начиная от момента времени t, счетчик 9 подсчитывает число импульсов генератора опорной частоты, определяющее величину периода колебания разности температур относительно нулевого значения.

С

СА0

5

0

Выходное напряжение интегратора 4 определяет количество энергии Q, переданной нагревателю 8 в течение времени Ј t- - t., равного длительJ

ности периода затухающих колебаний разности температур. В момент времени tj по перипадупорогового элемента 16 из 1 в О на выходе формирователя 21 импульсов появляется сигнал уровня О.

Выходной код счетчика 9 поступает на вход цифроаналогового преобразователя 11 и соответствует времени С периода колебания разности температур датчика 1 и задатчика 2 относительно нуля. Значение кода N счетчика 9 к моменту времени t3 определяется как

t3 - t

N

1/f,

« I

(О

где fQ - частота генератора 10.

При этом в течение времени С1 полученное нагревателем 8 количество энергии Q соответствует теплоэнергетическому балансу системы.

Элемент 5 сравнения, усилитель 7 образуют дифференциальное усилительное устройство с цифроаналоговым преобразователем 11, используемым в качестве управляемого кодом делителя напряжения, в цепи отрицательной обратной связи.

- Выходное напряжение U- усилителя 7 определяется

U

1 - (U, - из)К (2)

0

5

0

где

U.

U, К.

выходное напряжение интегратора I 4{ выходное напряжение циф- роаналогового преобразователя I I ;

коэффициент усиления, образованного элементом сравнения 5 и усилителем 7 дифференциального усилителя.

При этом выходное напряжение U цифроаналогового преобразователя П определяется значением N кода счетчика IО

Изобретение касается автоматического регулирования температуры и может быть использовано для стабилизации температуры в зоне криостатирования холодильных установок и измерения их избыточной холодопроизводительности. Повышение точности регулирования достигается тем, что в регулятор температуры, содержащий датчик, задатчик, соединенные с входами дифференциального усилителя, первый элемент сравнения, подключенный своим входом к выходу первого усилителя, нагреватель, счетчик, соединенный своим счетным входом с выходом генератора, а выходом - с входом ЦАП, блок начальной установки, сумматор и интегратор, введены второй усилитель, запоминающий элемент, второй элемент сравнения, измеритель мощности, АЦП, пороговый блок, формирователь управляющих сигналов с соответствующими связями, обеспечивающие вычисление среднего значения мощности, выделяемой на нагревателе, ее последующую уставку и преобразование ее текущего значения в цифровой код. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

где t ь - .момент времени следующего

превышения температуры объ- екта заданного значения. Интегратор 14 в течение периода

интегрирует значение выходного на пряжения измерителя 17 мощности.

;а.Ч

U,

.-

(3)

и в соответствии с (1) в момент времени

з и, , (4)

3ft

где М 2 , п - разрядность цифро- аналогового преобразователя 11 .

Подставив выражение (4) получают

(2)

.и. 4i

с

м

f.

(5)

где

2L f.

constanta, определяемая частотой опорного генератора и разрядностью циФроаналогового преобразователя 11. Выходное напряжение U, интеграто- ра 14 к моменту времени t3 определя, как

и

Р. к1

Кг JP;dt

KiQ , (7)

1

текущее значение мощности, выделяемой нагревателем 8, коэффициент преобразования измерителя 17 мощности.

В момент времени t выходное напря жение усилителя 7 определяется как

...

и соответствует значению средней мощ- ности теплоэнергетического баланса терморегулируемой системы.

По выходному сигналу элемента И-НЕ 23 в момент времени tg осуществляется перезапись выходного напряжения U $ усилителя 7 в запоминающий элемент 15, последующий сброс интегратора 14 и счетчика 9 в исходное состояние.

На первом входе сумматора 13 устанавливается с выхода запоминающего элемента 15 значение вычисленной средней мощности. Дальнейшее регулирование происходит, например, по пропорциональному закону, причем изменение выходного сигнала дифференци- ального усилителя 3 определяет соответствующее ему приращение подводимой к нагревателю мощности Р. При минимальных колебаниях температуры объекта, определяемых гистерезисом поро- гового элемента 16, производится периодическое измерение подводимой к. нагревателю мощности и перезапись ее значения в запоминающий элемент 15. При отсутствии экстремальных измене- ний теплопритоков значение мощности на нагревателе 8 является оптимальным и колебаний температуры объекта И задавемой мощности на нагревателе

0

5

0

5

0

5

0

5 0

8 не происходит, В этом случае наступает переполнение счетчика 9, форми рование формирователем 20 сигналов очередной перезаписи для запоминающего элемента 15, сброса интегратора и счетчика 9.

На выходе аналого-цифрового преобразователя 18, являющегося выходом 19 индикации, устройства, формируется цифровой код, соответствующий значению выделяющейся на нагревателе/ мощности.

Таким образом, повышается точность регулирования температуры благодаря устанавливаемому значению выделяемой на нагревателе активной мощности, определяющей теплоэнергетический баланс системы.

Кроме того, уменьшено время выхода системы регулирования на заданный уро- вень благодаря тому, что уже по окончании первого периода колебаний разности температур объекта и задатчика определяется требуемая уставка активной мощности на нагревателе для обеспечения необходимого баланса системы. В течение периода колебаний и в установившемся режиме используется пропорциональный закон регулирования, что в совокупности с уставкой на нагревателе вычисленного среднего значения мощности обеспечивает высокую устойчивость устройства независимо от теплофизических свойств терморегулируемого объекта и их изменения.

Формула изобретения

формирователь управляющих сигналов, измеритель мощности, подводимой к нагревателю, аналого-цифровой преобразователь, выход которого является выходом индикации, пороговый элемент, к выходу которого подключен информационный вход фор лрователя управляющих сигналов, а к входу - выход дифференциального усилителя и второй вход сумматора, к выходу которого подключен первый вход первого элемента сравнения, вторым входом соединенного с выходом измерителя мощности, подводимой к нагревателю, с вхо- дом аналого-цифрового преобразователя и входом интегратора, вход сброса

которого соединен с входом управления запоминающего элемента, входом установки счетчика с выходом формирователя управляющих сигналов, установочным входом соединенного с выхо

0

дом блока начальной установки, входом соединенного с выходом переполнения счетчика, причем выход аналого- цифрового преобразователя соединен с первым входом второго элемента сравнения, второй вход которого связан с выходом интегратора.

2. Устройство по п. отличающееся тем, что формирователь управляющих сигналов содержит формирователь импульсов, вход которого является входом формирователя, триггер R-вход которого является установочным входом, элемент И-НЕ, выход которого является выходом формирователя управляющих сигналов, причем первый вход элемента И-НЕ соединен с выходом триггера, а его второй вход - с S-входом триггера и выходом формирователя импульсов.