Устройство для регулирования температуры Советский патент 1991 года по МПК G05D23/19 

Фиг.1

Изобретение относится к автоматическому регулированию температуры больших инерционных объектов техники с электрическим подогревом, в ча- стности сушильных шкафов, где температура сушки определяет время выдержки материала, в которых требуется перестройка регулируемой температуры в широком диапазоне

Цель изобретения - повышение точности устройства в случае применения его для инерционных объектов в широком диапазоне температура

На фиго изображена функциональ- ная схема устройства; па - размещение и величины зон нечувствительности регулирующих каналов относительно уставки срабатыванияо

Устройство содержит стабилизатор 1 тока, измерительный мост 2, содержащий задатчик 3 температуры, определяющий диапазон регулируемых температур, с подвижным контактом которого жестко связан указатель шкалы устройства, датчик 4 температуры (термопреобразователь сопротивления),находящийся в регулируемой среде объекта, и резисторы 5-8, усилитель 9 постоянного тока, п регулирующих ка- налов 10 (для сушильных шкафов их практическое число 3-6), каждый из которых содержит компаратор 11 (нуль- орган) , имеющий опорное напряжение Uon 0 на операционном усилителе, ре- гулирующий элемент 12, представляющий ключевую схему с усилением мощности сигнала и исполнительный элемент 13, представляющий электронагреватель сопротивления или группу электро нагревателей, а также резистор 14 обратной связи усилителя 9 постоянного тока и резисторы 15 и 16 обратной связи компаратора 110

I

Устройство работает следующим образом

Измерительный мост 2 (совместно с указателем шкалы) настраивается посредством подстроечных резисторов 5 и 6, так, чтобы переключение компараторов из одного состояния в другое было симметричным относительно уставки, задаваемой задатчиком 3 по шкале устройства

Каждый из n-компарторов имеет разную глубину положительной обратной связи, а отсюда разную зону нечувствительности, симметричную относитель

0 5 0

5

0

5

но UOTn , т.е„ компараторы имеют разные пороги срабатывания U и отпускания UOTno Компаратор п имеет наибольшую (может соответствовать нескольким градусам Цельсия в рабочей зоне объекта) зону нечувствительности, т„е0 наибольшие пороги срабатывания и отпускания, а первый компаратор - наименьшую зону нечувствительности, которая определяет зону нечувствительности, , наибольшие пороги срабатывания и отпускания, а первый компаратор - наименьшую зону нечувствительности, которая определяет зону нечувствительности данного устройствао Интервалы между первым и последним порогами срабатывания и отпускания () поделены на п-1 промежутков (ступеней), равномерно убывающих, начиная от первого порога, для более равномерного нарастания по абсолютной величине сигнала во времени при поочередном включении или отключении исполнительных элементов о Интервалы могут быть равными, если время нарастания сигнала не учитывать

При начальном включении объекта регулирования (фиг.1), в котором находится датчик 4, измерительный мост 2 разбалансирован, так как температура объекта значительно ниже установленной на задатчике 3 Поэтому сигнал (напряжение) на выходе усилителя 9 значительно больше порога срабатывания UCP n-компаратора и, таким образом, срабатывают все компараторы, подключая через регулирующие элементы 12 электронагреватели 130

По мере нагрева объекта температура в нем достигает значения, установленного на задатчике 3, и сигнал на выходе усилителя 9, поступающий с моста 2, меняет полярность на противоположную С дальнейшим повышением температуры сигнал достигает порога отпускания первого компаратора, который, переключаясь, отключает через регулирующий элемент соответствующий электронагреватель Процесс регулирования температуры в устройстве происходит по двухпозиционному закону и каналам, имеющим наименьшую зону нечувствительности

Остальные каналы служат для оптимизации работы большого инерционного объекта, для компенсации инерционности мощных нагревательных элементов

Функционирование этих каналов, их включение и отключение, происходит только в начале работы при подготовке объекта к поддержанию заданной на задатчике температуры, при его разогреве0

Если оставшееся число электронагревателей достаточно для дальнейшего повышения температуры, то сигнал на выходе усилителя 9 продолжает расти, но его увеличение замедляется во времени, так как нагрев объекта происходит меньшим числом электронагревателей, и, соответственно, увеличение температуры замедляется0

Когда сигнал достигает порога отпускания второго компаратора, последний, переключаясь, через регулирующий элемент отключает второй электронагреватель и, если количество подключенных электронагревателей продолжает оставаться достаточным для увеличения температуры объекта, то температура с дальнейшим замедлением продолжает расти, увеличивая сигнал на выходе усилителя 9, пока не переключится третий компаратора

Рост температуры продолжается до тех пор, пока количество подключенных электронагревателей достаточно для увеличения разогрева объекта

После отключения очередного электронагревателя, когда количество тепла, отдаваемого объектом регулирования во внешнюю среду, превысит количество тепла, поступающего от оставшихся подключенными электронагревателей t температура начнет медленно понижатьсЯо Когда температура объекта достигнет температуры, установленной по задатчику 3, сигнал на выходе усилителя 9 поменяет полярность и по достижении порога срабатывания первый компаратор переключается, подключая, таким,образом, соответствующий ему электронагреватель

После этого температура объекта медленно начинает возрастать и через определенное время первый компаратор снова отключает электронагреватель,,

Итак, для любой заданной во всем диапазоне регулирования по задатчику 3 температуры устанавливается определенное число постоянно подключенных электронагревателей, а регулировка 0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

температуры происходит лишь одним - электронагревателем, которьй при своем подключении и отключении незначительно меняет температуру внутри объекта

Таким образом, за счет очень медленного нарастания и уменьшения температуры компенсируется большая инерционность электронагревателей сопротивления, Тое. после включения и отключения стабилизатора I температура объекта практически не уходит за рамки, определенные зоной нечувствительности первого компаратора, а следовательно, зоной нечувствительности всего устройства, которая в свою очередь является необходимой как для четкого переключения самих компараторов, так и для устойчивой работы устройства в условиях различного рода промышленных помех

Применение в устройстве нескольких электронагревателей (групп электронагревателей) с раздельным их подключением в работу от одного датчика температуры с симметричными и равными порогами срабатывания и отпускания позволяет, наряду с достаточно простым схемным исполнением, подбирать оптимальный режим работы инерционного объекта с электрическим подогревом при различных уставках в широком диапазоне регулирования тем- пературьь При этом точность поддержания температуры во всем диапазоне зависит только от точности настройки измерительного моста (шкалы) устройства и установленной зоны нечувствительности и практически не зависит от инерционности электронагревателей, которая влияла бы на точность поддержания температуры, если регулирование производить полным включением и отключением всех электронагревателей во всем диапазоне регулирования

Кроме того, если в качестве подключающей мощности электронагревательных элементов использовать магнитные пускатели, имеющие механические контакты, то увеличивается их срок службы за счет малого числа циклов срабатывания по сравнению с устройством, работающим с одним регулирующим элементом, в котором используется один или группа магнитных пускате лей, и который подключает и отключает во время работы исполнительный эле-

мент (электронагреватель или группу электронагревателей), равный по мощности всем исполнительным элементам данного устройства, так как при таком включении происходит частое срабатывание регулирующего элемента,приводящее к быстрому износу механических контактов магнитных пускателей.

Формула изобретения

Устройство для регулирования температуры, содержащее измерительный мост с датчиком и задатчиком температуры, подсоединенный одной диагональю к стабилизатору тока и шине нулевого потенциала, а другой - к усилителю постоянного тока, к выходу

которого подключен регулирующий канал, выполненный в виде последовательно сопряженных компаратора с зоной

нечувствительности, регулирующего элемента и исполнительного элемента отличающееся тем, что, с целью повышения точности устройства в случае применения его для инерционных объектов в широком диапазоне тем-- ператур, в устройстве параллельно регулирующему каналу установлено п дополнительных регулирующих каналов, причем в каждом из последующих каналов зона нечувствительности компаратора превышает зону нечувствительности компаратора предыдущего канала и все они симметричны относительно уставки срабатыванияо

Изобретение относится к автоматическому регулированию температуры, в частности, больших инерционных объектов техники с электрическим подогревом, например, сушильных шкафов Цель изобретения - увеличение точности регулирования„ Устройство для регулирования температуры содержит стабилизатор 1 тока, задатчик 3 температуры, датчик 4 температуры с резисторами 5, 6, 7, 8, усилитель 9 постоянного тока., Новым в устройстве является введение помимо основного регулирующего канала 10 дополнительных регулирующих каналов 10, присоединенных параллельно к выходу усилителя 9, компараторы которых имеют разную зону гистерезиса, симметричную относительно уставки срабатывания о 2 ил„ 1C (Л

УстаВка сраВатыВания

/, 2, J... /7- зоны гистерезиса

Фиг. 2