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

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано для регулирования температуры различных объектов.

Целью изобретения является повышение точности.

На фиг.1 представлена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - диаграммы его работы; на фиг.З - принципиальная схема задатчика режима изменения температуры.

Устройство для регулирования температуры содержит датчик 1 температуры, включающий термочувствительный элемент 2, установленный на объекте регулирования, и стабилизатор 3 тока, дифференцирующий элемент 4, первый компаратор 5, первый элемент 6 сравнения, задатчик 7 температуры, задатчик 8 режима изменения температуры, сумматор 9, второй элемент 10 сравнения, задатчик 11 скорости изменения температуры, широтно-импульсный модулятор 12, исполнительный элемент 13, воздействующий на объект регулирования, второй компаратор 14 и ключевой элемент 15.

Задатчик 8 режима изменения температуры содержит суммирующий интегратор 16. источник 17 опорного и ключ 18.

В состав интегратора входят резисторы 19 и 20, конденсатор 21 и операционный усилитель 22.

Широтно-импульсный модулятор реализован, например, на компараторе и генераторе пилообразного напряжения.

Устройство работает следующим образом.

ON 00

СО

о о

Через термочувствительный элемент 2, например термометр сопротивления, протекает от источника 3 тока постоянный стабилизированный ток ICT, вызывая на нем падение напряжения, пропорциональное текущему значению температуры в объекте управления:

Uj ст Г|,

где п f(Т) - сопротивление термочувствительного элемента, пропорциональное текущему значению температуры.

До момента включения устройства в режим регулирования сигнал ТТек с выхода стабилизатора 3 тока, равный падению напряжения на термочувствительном элементе 2, поступает на один вход второго компаратора 14, на другой вход которого подается задающий сигнал ТЭад с выхода зэдатчика 8 режима изменения температуры. Эти два сигнала сравниваются, и при их неравенстве сигнал с выхода второго компаратора 14 через открытый ключевой элемент 15 подается на вход задатчика 8, где интегрируется с постоянной времени гк RigCai и суммируется с проинтегрированным с постоянной времени тц R20C21 напряжением Uoni источника 17 опорного напряжения. На выходе задатчика режима изменения температуры устанавливается сигнал Тзад - Ттек, т.е. задатчик 8 в этом случае обеспечивает режим установки первоначальной температуры.

При последующем изменении сигнала Ттек процесс отслеживания повторяется. В момент времени t to на ключевой элемент 15 поступает команда начала процесса регулирования. При этом ключевой элемент 15 отключает сигнал с выхода вторго компаратора 14 от первого входа задатчика 8 и последний осуществляет формирование линейно-изменяющегося сигнала, пропорционального заданной скорости изменения температуры, от уровня сигнала, равного Ттек вмомент1о(фиг.2,б), интегрируя напряжение источника 17.

В момент времени to скорости изменения температуры Ттек 0 (фиг.2,г) текущее значение температуры Ттек меньше заданного значения температуры стабилизации Тст (фиг.2,а), задающий сигнал Т3ад (фиг.2,6) на выходе задатчика 8 изменения температуры равен Ттек, при этом сигнал 5i на выходе первого элемента 6 сравнения максимален (фиг.2,е), а сигнал & на выходе второго элемента 10 сравнения равен нулю. Эти сигналы суммируются на сумматоре 9 (фиг.2,ж), выходной сигнал которого поступает на вход широтно-импульсного модулятора 12, где сравнивается с пилообразным

напряжением. На выходе модулятора 12 формируются импульсы (фиг.2,з), длительность которых пропорциональна суммарному сигналу рассогласования по температуре

и скорости изменения температуры д$ . Эти импульсы поступают на управляющий вход исполнительного элемента 13, который осуществляет разогрев объекта управления, причем мощность разогрева прямо пропорциональна сигналу рассогласования.

По мере приближения Ттек к Т3ад сигнал di уменьшается, а сигнал д% увеличивается до тех пор, пока д не установится таким, при котором 5шим обеспечивает заданную

скорость нагрева.

При достижении в момент-времени ti рй нства Ттек Тст на выходе компаратора 5 формируется нулевой сигнал, поступающий на управляющий вход задатчика 8 и

отключающий через ключ 18 напряжение источника 17 от входа интегратора 16, устройство переходит в режим термостабилизации. Этот же нулевой сигнал устанавливает на выходе задатчика 11 скорости изменения температуры нулевой сигнал (т.е. Тззд 0). В остальном работа устройства остается без изменений,

В устройстве повышена точность регулирования за счет пропорционально-импульсного регулирования как на этапе стабилизации температуры, так и на этапе стабилизации скорости изменения температуры. Дополнительно точность повышается также за счет того, что через термочувствительный элемент протекает стабильный ток, и при использовании линейных датчиков, например медных или платиновых термометров сопротивления,

на выходе дифференцирующего элемента формируется сигнал, линейно зависящий от скорости изменения температуры.

Кроме того, улучшаются динамические характеристики системы. В режиме стабилизации скорости изменения температуры сигнал дг представляет собой аналог интегральной составляющей сигнала рассогласования и предлагаемое устройство по своим характеристикам приближается к ПИ-регулятору. В режиме стабилизации температуры сигнал 5i является аналогом Д составляющей и регулятор работает в режиме ПД-регулирования. Как И, так и Д состав- ляющие определяются динамическими

параметрами рбъекта управления, поэтому устройство обладает оптимальными адаптивными свойствами.

Если в качестве исполнительного элемента 13 использовать сосуд Дьюара с жидким азотом, нагревателем испарителя,

заборной трубкой и электромагнитным позиционным клапаном, а также соответственно изменить знак изменения задающего сигнала Тзад и знак Тзад. то в результате устройство функционирует как программный охладитель. В этом качестве оно и реализованодляпрограммногозамораживания биологических материалов от комнатных до криогенных температур. Формула изобретения 1. Устройство для регулирования температуры, содержащее последовательно соединенные датчик температуры и дифференцирующий элемент, задатчик температуры, последовательно соединенные широтно-импульсный модулятор и исполнительный элемент, а также задатчик скорости изменения температуры и первый элемент сравнения, входы которого соединены с выходами дифференцирующего элемента и за- датчика скорости изменения температуры, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, устройство содержит задатчик режима изменения температуры, второй элемент сравнения, первый и второй компараторы, сумматор и ключевой элемент, прчём выход датчика температуры подключен к первым входам компараторов и второго элемента сравнения, второй вход которого соединен с вторым входом второго компаратора и выходом задатчика режима

изменения температуры, управляющий вход которого связан с выходом первого компаратора и управляющим входом задатчика скорости изменения температуры, выход второго компаратора через ключевой элемент соединен с входом задатчика режима изменения температуры, а к второму входу первого компаратора подключен выход задатчика температуры, входы сумматора

соединены с соответствующими выходами первого и второго элементов сравнения, а выход сумматора подключен к входу широт- но-импульсного модулятора.

2.Устройство поп.1,отличающее- с я тем, что задатчик режима изменения

температуры содержит суммирующий интегратор, источник опорного напряжения и ключ, причем один из входов суммирующего интегратора через ключ соединен с выходом

источника напряжения, а второй вход суммирующего интегратора соединен с входом задатчика, выходом которого является выход компаратора, а управляющий вход ключа соединен с управляющим входом

задатчика режима изменения температуры.

3.Устройство поп.1.отличающее- с я тем, что датчик температуры выполнен в виде последовательно соединенных термочувствительного элемента и стабилизатора тока, выход которого соединен с выходом датчика температуры.

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано для регулирования температуры с заданной скоростью ее изменения от начального значения до температуры термостатирования. С целью повышения точности устройство содержит подключенный к датчику температуры через дифференцирующий элемент первый элемент сравнения, а также два компаратора, сравнивающие соответственно сигнал датчика с сигналом задатчика температуры и сигналом датчика изменения температуры, управляющий вход которого соединен с выходом первого компаратора, а вход - с выходом второго компаратора, два элемента сравнения, выходные сигналы которых суммируются и управляют через широтно-им- пульсный модулятор исполнительным элементом, сравнивают соответственно сигналы датчика температуры и задатчика режима изменения температуры и сигналы дифференцирующего элемента с сигналом задатчика изменения скорости температуры, управляемого первым компаратором. 2 з.п. ф-лы, 3 ил. (Л С

фиг.1

ТЕК

io

Фиг.З

Фиг. 2