Устройство для регулирования температуры Советский патент 1991 года по МПК G05D23/13 

Изобретение относится к автоматизации технологических процессов и может быть использовано для регулирования температуры в объектах с электронагревателями.

Цель изобретения - повышение точности и устойчивости работы устройства.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства; на фиг 2 - циклограмма его работы

Устройство содержит датчик температуры 1, соединенный с преобразователем напряжение-частота 2, генератор опорной частоты 3, первый элемент И 4, первый счетчик 5 с цифровым задатчиком температуры

6 в виде программного переключателя, инвертор 7, через который сигнал запрещения с выхода счетчика 5 поступает на вход элемента И 4. третий элемент И 8, второй счетчик 9. регистр хранения 10 с записью параллельного кода с выхода счетчика 9, третий счетчик 11с предварительной записью параллельного кода с выхода регистра 10. триггер 12, формирователи импульсов по положительному фронту 13 и отрицательному фронту 14, делитель частоты 15, второй элемент И 16, четвертый элемент И 17, усилитель мощности 18.

Устройство работает следующим образом.

О

ь

ю ел ю

Датчик температуры 1 в виде термопары устанавливается на объект регулирования температуры. ЭДС с датчика 1 в преобразователе 2 напряжение-частота преобразуется в импульсную последовательность с частотой, пропорциональной ЭДС термопары или, в конечном счете, измеряемой температуре,

Генератор опорной частоты 3 вырабатывает импульсное напряжение стабильной частоты, счетчики и регистр в исходном состоянии установлены в нулевое состояние. На программном переключателе 6 устанавливается требуемая температура регулирования.

Код устанавливаемой температуры на программном переключателе 6 является кодом предварительной установки счетчика 6 по входу предварительной записи.

Устройство начинает работать при подаче разрешающего уровня Пуск на вход первого элемента И 4. При наличии разрешающего уровня через элемент 4 проходят импульсы с преобразователя 2 и генератора 3, причем частота импульсов генератора 3 значительно превышает частоту импульсов преобразователя 2 (в 500-1000 раз), скважность которых выбирается равной 100-120. В момент, когда импульс с преобразователя 2 имеет высокий уровень, счет.- чик 5 заполняется импульсами опорной частоты.

Как только счетчик 5 полностью заполнится на выходе переполнения появляется высокий уровень, которым через инвертор 7 запирается элемент И 4 по входу и разрешается прохождение импульсов опорной частоты через элемент И 8 на вход второго счетчика 9. Счетчик 9 заполняется импульсами опорной частоты. Если длительность высокого уровня импульса с преобразователя 2 достаточна, то счетчик 9 заполняется полностью и низким уровнем переполнения со счетчика 9 запирается элемент И 8, прохождение импульсов опорной частоты прекращается. Если высокий уровень импульса с преобразователя кончается раньше, то счетчик 9 остается не заполненным и низким уровнем импульса с преобразователя 2 сбрасывается счетчик 5, низким уровнем с выхода которого запирается элемент И 8, дальнейшее заполнение счетчика 9 прекращается. По отрицательному фронту импульса с преобразователя 2 формирователем 14 вырабатывается короткий импульс, по которому выходной код счетчика 9 записывается в регистр 10. По положительному фронту импульса с преобразователя 1 формирователем 13 вырабатывается короткий импульс, которым сбрасывается в нулевое состояние счетчик 9

На вы ходе делителя 15 частоты постоянно присутствуют импульсы поделенной

опорной частоты с длительностью высокого уровня tn, причем длительность tn выбирается такой,что

tn N9max r, где МЭтах - максимальная разрядность

счетчика 9;

т- период опорной частоты. Низким уровнем импульса с выхода делителя 15 частоты происходит запись содержимого регистра 10 в счетчик 11 по входу

предварительной записи. При этом, разрядность счетчика 11 выбирается равной разрядности счетчика 9. Когда уровень импульса на выходе делителя 15 частоты высокий, импульсы опорной частоты через

элемент И 17 заполняют по входу прямого счета счетчик 11. По окончании заполнения на выходе счетчика 11 появляется низкий уровень, которым переключается триггер 12, на инверсном выходе которого устанавливается низкий уровень, а на прямом выходе - высокий. Низким уровнем с выхода триггера 12 счетчик 11 сбрасывается по входу сброса и элемент И 17 запирается. Высоким уровнем с другого выхода триггера 12

открывается элемент И 16 и высокий уровень импульса с выхода делителя 15 частоты проходит через элемент И 16 в усилитель мощности 18, на выходе которого подключена нагрузка. Таким образом, положительный фронт импульса с выхода делителя 15 частоты задерживается на время t3 или на время счета до заполнения счетчика 11.

Коэффициент деления делителя 15 частоты выбирается такой, чтобы частота на

выходе была в 10-50 раз больше частоты с преобразователя 2. Процесс регулирования температуры осуществляется подачей в нагрузку широтно-модулированных импульсов необходимой амплитуды.

Очередным, низким уровнем импульса

с выхода делителя 15 частоты триггер 12 устанавливается в исходное состояние, элемент И 16 запирается, элемент И 17 отпирается, происходит процесс записи в счетчик

11 содержимого регистра 10 и процесс счета повторяется.

В работе регулятора наблюдаются два периода.

Первый период - это выход регулятора

на требуемый режим, второй период - поддержание температуры на требуемом уровне. В первом периоде, когда температура объекта низка, длительность периода выходных импульсов с преобразователя 2 достаточно велика, В этот период счетчик 9 заполняется полностью. Уровень переполнения счетчика 9 запирает по входу элемент И 8, на выходе счетчика устанавливается максимальный двоичный код. Этот код затем последовательно переписывается в регистр 10 и с каждым импульсом с делителя 15 частоты -- в счетчик 11. На выходе счетчика 11 при максимальном коде устанавливается низкий уровень заполнения, триггер 12 переключается невыхода делителя 15 частоты импульс полностью проходит через элемент И 16 в усилитель мощности 18 и нагрузку. По мере повышения температуры объекта регулирования повышается частота импульсов на выходе преобразователя 2 и уменьшается длительность периода.

Количество импульсов полного заполнения счетчиков 5 и 9 становится

N5 + N9max

Trip

г

где N5 --разрядность заполнения счетчика 5, установленная на программном переключателе 8,

Тпр - длительность высокого уровня импульса выходной частоты с преобразователя 2

При этом, счетчик 9 заполняется не полностью и чем выше температура, тем меньше Тпр и меньше импульсов сосчитывается счетчиком 9

N9 - - N5

Выходной код счетчика 9 последовательно переписывается в регистр 10 и счетчик 11. При этом, чем меньше импульсов будет записано в счетчике 11, тем больше импульсов опорной частоты необходимо до заполнения счетчика 11, следовательно и больше становится задержка фронта импульсов с выхода делит.еля 15 частоты.

Длительность выходного импульса т,Вых, в нагрузке равна

tebix tn - t3.

Точность поддержания температуры можно оценить следующим образом. Длительность импульса с преобразователя 2 Тпр больше длительности импульса tn с делителя 15 частоты в К раз, т.е.

ПЈ К;

tn

Тпр

tn - К При изменении температуры изменяется длительность ТПр на ДТПр, таким обра5 образователя 2

0

5

0

5

0

приводит к

мых в нагрузку, на величину

зом, длительность импульса на выходе преобразователя 2 становится равной Тпр i А Тпр.

Относительное изменение импульса буДТПР 0

дет v . Это изменение вызывает отноТпр

сительное изменение длительности импульсов, поступающих в нагрузку, которое выразится, как

А Тпр „ ДТпр

с. - к. --с- .

tnI пр

Таким образом, относительное изменение длительности импульсов на выходе преДТпр

Тпр изменению ширины импульсов, подававК АЬ . т.е. в

Тпр

К раз большую.

Отсюда следует, что точность поддержания температуры определяется выбором соотношения длительностей импульсов с преобразователя и делителя 15 частоты. Практически это соотношение равно 20.

Задание температуры в цифровом коде цифровая обработка информации в процессе регулирования позволяют быстро и точно установить требуемую температуру регулирования и получить высокую точность поддержания температуры в процессе регулирования и обеспечить быстрый и устойчивый процесс выхода на заданный режим Наличие информации в цифровом коде позволяет использовать ЭВМ, микропроцессоры и другие управляющие устройства для контроля качества регулирования и получения документации о процессе регулирования и поддержания температуры

5

0

5

Формула изобретения Устройство для регулирования температуры, содержащее последовательно соединенные датчик температуры, преобразователь напряжение-частота, первый элемент И и первый счетчик с цифровым задатчиком, подключенным к его установочным входам, а также генератор опорной частоты, элементы И, блок управления и усилитель мощности с нагрузкой на выходе, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и устойчивости работы устройства, оно содержит делитель частоты, формирователи импульсов по положительному и отрицательному фронтам, инвертор, а блок управления выполнен в виде последовательного соединения второго счетчика. регистра хранения, третьего счетчика и триггера, прямой выход которого через второй элемент И связан со входом усилителя мощности, причем входы формирователей импульсов по отрицательному и положительному фронтам соединены с выходом преобразователя напряжение-частота, а выходы соответственно - со входом Запись регистра и Сброс второго счетчика, счетный вход которого через третий элемент И связан с выходом генератора опорной частоты, связанным со вторым входом первого элемента И, третий вход которого через инвертор соединен с выходом переполнения первого счетчика и непосредственно со вторым входом третьего элемента

И, третий вход которого подключен к выходу переполнения второго счетчика, четвертый вход первого элемента И является входом Пуск устройства, вход делителя частоты подключен к выходу генератора опорной частоты, выход - к первому входу четвертого элемента И, второму входу триггера, входу Запись третьего счетчика и второму входу второго элемента И, второй вход четвертого элемента И соединен с первым входом третьего элемента И, третий вход - с инверсным выходом триггера и входом Сброс третьего счетчика, а выход - со входом прямого счета третьего счетчика.

Изобретение относится к автоматизации технологических процессов и может быть использовано для регулирования температуры в объектах с электронагревателями. Изо&ретение позволяет повысить точность и устойчивость регулирования и стабилизации температуры В устройство для регулирования температуры, содержащее датчик 1, двоичный счетчик 5 с задатчи- ком 6 цифрового типа, генератор 3 опорной частоты, элементы И 4. 8, 16, 17, преобразователь напряжение-частота 2, введены второй счетчик 9, регистр хранения 10, третий счетчик 11, триггер 12, формирователи импульсов по положительному 13 и отрицательному 14 фронтам, делитель частоты 15 В период высокого уровня импульсов с преобразователя 2 счетчик 5 заполняется импульсами высокой частоты с генератора 3. разрядность которого определяется задатчиком 6 и по заполнении которого далее заполняется через элемент 8 счетчик 9, содержимое которого пропорционально разности заданной и текущей температур и которая последовательно переписывается в регистр 10и счетчик 11 У каждого импульса, поступающего в нагрузку через элемент 17 с выхода делителя частоты 15, передний фронт задерживается на время, обратно пропорциональное содержимому счетчика 11, и тем самым изменяется мощность, подводимая к нагрузке. 2 ил Ј