Устройство для регулирования температуры Советский патент 1992 года по МПК G05D23/19 

Предлагаемо изобретение относится к автоматике и может быть использовано для автоматического регулирования температуры в устройствах с нагревательным элементом.

Известно устройство для регулирования температуры, содержащее датчик и двоичный задатчик температуры, операционный усилитель, генератор пилообразного напряжения, формирователь импульсов, импульсный блок питания, тиристорный усилитель мощности, выпрямитель, нагреватель, электронный ключ.

Недостатком известного устройства является его сложность и низкая точность регулирования, обусловленная неоднократным преобразованием цифровых величин в аналоговые, а также получение разностного сигнала регулирования аналоговым методом,

Известно устройство для регулирования температуры, содержащее формирователь синхроимпульсов, элемеИт И, тиристорный исполнительный элемент, нагреватель, счетчик, операционный усилитель, аналого-цифровой преобразователь, цифровой элемент сравнения и термочувствительный мост.

Недостатком известного устройства является отсутствие возможности цифрового управления, а также невысокая точность, обусловленная наличием помехи на пыходе элемента И, равной по длительности суммарному времени переключения счетчика и цифрового элемента сравнения.

Наиболее близким х предлагаемому является устройство для регулирования температуры, содержащее датчик и задатчик температуры, вычитатель, формирователь синхроимпульсов, последовательно соединенные блок управления и нагреватель, причем выход задатчика подключен к одному из входов вычитателя, аналого-цифровой преобразователь и делитель с переменным коэффициентом деления, вход аналогового преобразователя связан с датчиком температуры, а выход - с другим входом вычитателя, подключенного выходом к входу управления делителя с переменным коэффициентом деления, счетный вход которого связан с выходом формирователя синхроимпульсов, а выход - с входом блока управления.

Недостатком данного устройства является невысокая точность регулирования, обусловленная тем, что регулирование частоты подключения полупериодов сетевого напряжения к нагревателю, т.е. регулирование действующего напряжения на нагревателе, происходит в соответствии с формулой

г т та к

упр

0)

где fynp - частота подключения полупериодов сетевого напряжения к нагревателю;

гтак - частота импульсов на выходе формирователя синхроимпульсов, равная удвоенной частоте сетевого напряжения;

А - числовая форма параллельного кода с задатчика температуры;

В -числовая форма параллельного кода с выхода аналого-цифрового преобразователя.

Т.е. каждое последующее значение напряжения в процессе регулирования отличается от предыдущего в целое число раз, что приводит к-большим отклонениям действительного зна чения регулируемой температуры относительно заданного.

Целью изобретения является попышение точности регулирования.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для регулирования температуры, содержащее задатчик температуры, вычитатель кодов, формирователь

синхроимпульсов и последовательно соединенные блок управления, нагреватель, датчик температуры и аналого-цифровой преобразователь (АЦП), соединенный разрядными выходами с первой группой входов

вычитателя кодов, подключенного второй группой входов к соответствующим выходам задатчика температуры, введены вычитающий счетчик, суммирующий счетчик, одновибратор, триггер и элемент И, соединенный выходом с входом блока управления и вычитающим входом вычитающего счетчика, первым входом - с выходом формирователя синхроимпульсов и входом суммирующего счетчика, а вторым входом с выходом триггера, подключенного входом нулевой установки к выходу переноса вычитающего счетчика, а входом единичной установки - к входу начальной установки вычитающего счетчика и выходу одновибратора, соединенного входом с выходом переноса суммирующего счетчика, при этом информационные входы вычитающего счетчика соединены с соответствующими разрядными выходами вычитателя кодов.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства для регулирования температуры; на фиг, 2 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства; на фиг. 3 - пример выполнения блока управле5 ния.

Устройство для регулирования температуры содержит задатчик 1 температуры, вычитатель 2 кодов, АЦП 3, разрядными выходами соединенный с первой группой

входов вычитателя 2 кодов, вторая группа входов которого подключена к соответствующим выходам задатчика 1 температуры, формирователь 4 синхроимпульсов, датчик 5 температуры, вычитающий счетчик 6, суммирующий счетчик 7, нагреватель 8, одно- вибратор 9,триггер 10,блок 11 управления и элемент И 12. Информационные .входы вычитающего счетчика б соединены с соответствующими разрядными выходами вычитателя 2 кодов, вход начальной установки - с выходом одновибратора 9 и входом единичной установки триггера 10, вычитающий вход - с выходом элемента 12 И и входом блока 11 управления, а выход переноса -с входом нулевой установки триггера 10. Выход триггера 10 подключен к первому входу элемента 12 И, второй вход которого соединен с выходом формирователя 4 синхроимпульсов и входом суммирующего счетчика 7. Выход переноса суммирующего счетчика 7 подключен ко входу одновибратора 9.

В качестве задатчика 1 температуры можно использовать набор переключателей, позволяющий установить на второй группе входов вычйтателя 2 кодов п-разряд- ный двоичный код, или управляющую ЭВМ. Датчик 5 температуры может быть выполнен в виде последовательно соединенных термопреобразователя и усилителя. Пример выполнения блока 11 управления представлен на фиг. 3. Остальные составляющие заявляемого устройства являются известными элементами автоматики и цифровой техники.

Устройство для регулирования температуры работает следующим образом. - Сигнал с датчика 5 температуры подается на вход АЦП 3. Параллельный цифровой код В сигнала датчика 5 поступает с разрядных выходов АЦП 3 на первую группу входов вычитателя 2 кодов, на вторую группу входов которого подается параллельный цифровой код А задатчика 1 температуры, Если А - В 0, то на выходах вычитателя 2 кодов устанавливается цифровой код разности. Если А - В 0 то на выходах вычитателя 2 кодов - нули. Цифровой код разности записывается в вычитающий счетчик 6 по сигналу одновибратора 9 (фиг. 2в), который формирует короткий импульс по заднему фронту сигнала переноса, суммирующего счетчика 7 (фиг. 26), емкость которого N определяет период ре улирования устройства 1

ft

N, где ттэк - частота импульсов на

выходе формирователя 4 синхроимпульсов (фиг. 2а), равная удвоенной частоте сетевого напряжения. Одновременно сигнал одновибратора устанавливает в 1 триггер 10. Сигнал 1 с выхода триггера 10 (фиг. 2д, и) разрешает прохождение импульсов формирователя 4, вырабатываемых в момент пере-,

5 хода через нуль сетевого напряжения, через элемент 12 И. Сигналы с выхода элемента 12 И (фиг. 2е, к) поступают на вход блока 11 управления, который по каждому входному импульсу подключает к нагревателю 8 пол0 упериод сетевого напряжения (фиг. 2ж, л) Сигнал с выхода элемента 12 И одновременно подается на вычитающий вход вычитающего счетчика б, емкость которого также равна N. По,каждому входному импульсу

5 вычитающий счетчик 6 производит вычитание единицы из кода разности А - В. Сигнал переноса с выхода вычитающего счетчика б (фиг. 2г, з) задним фронтом переключает триггер 10 в О. Сигнал О с выхода тригге0 ра 10 запрещает прохождение импульсов формирователя 4 синхроимпульсов через элемент 12 И. Блок 11 управления отключает нагреватель 8 от сетевого напряжения. Таким образом, за период регулирования на

5 нагреватель 8 подается целое число полупериодов сетевого напряжения, равное разности цифровых кодов задатчика 1 и датчика S температуры.

Регулирование температуры происхо0 дит путем изменения действующего напряжения на нагревателе 8. Регулирование действующего напряжения осуществляется путем изменения частоты подключения сетевого напряжения к нагревателю 8, т.е ча5 стоты fynp импульсов на выходе элемента 12 И в соответствии с формулой

fynp Ттак jq , (2)

На фиг. 2 представлены временные ди0 аграммы, поясняющие работу устройства при N 10. При этом диаграммы на фиг. 2а-ж соответствуют А - В 9, а диаграммы на фиг. 2а-в, з-л - А - В 2

Предлагаемое устройство значительно

5 точнее по сравнению с устройством-прото- jnnoM В устройстве-прототипе регулирование происходит по обратно пропорциональному (нелинейному) закону. Так, например, если для поддержания за0 данной температуры необходимо выключение нагревателя на 90% номинальной мощности, то в устройстве-прототипе нагреватель будет включаться поочередно то на 100%. то на 50% номинальной мощности,

5 что вызовет значительные отклонения регу- лируемой температуры относительно заданной

В предлагаемом устройстве регулирование происходит по линейному закону, что позволит более точно поддерживать заданную температуру. Дискретность регулирования определяется емкостью счетчика N. Так при N 10 предлагаемое устройство гТвзвЪляет включать нагреватель с дискретностью, раиной 10% от номинальной мощности, т.е. включать нагреватель на 90% номинальной мощности (см. фиг. 2а-ж).

Таким образом, предполагаемое устройство для регулирования температуры позволяет более точно поддерживать значение регулируемой температуры относительно заданной по сравнению с известным техническим решением, что достигается поставленная цель - повышение точности регулирования.

Формула изобретения Устройство для регулирования температуры, содержащее задатчик температуры, вычитатель кодов, формирователь синхро- импульсов и последовательно соединенные блок управления, нагреватель, датчик температуры и аналого-цифровой преобразователь, соединенный разрядными выходами с

первой группой вычитателя кодов, подключенного второй группой входов к соответствующим выходам задатчика температуры, отличающееся тем, что, с целью

повышения точности регулирования, в него введены вычитающий счетчик, суммирующий счетчик, одновибратор, триггер и элемент И, соединенный выходом с входом блока управления и вычитающим входом

вычитающего счетчика, первым входом - с выходом формирователя синхроимпульсов и входом суммирующего счетчика, а вторым входом -с выходом триггера, подключенного входом нулевой установки к выходу переноса вычитающего счетчика, а входом единичной установки - к входу начальной установки вычитающего счетчика и выходу одновибратора, соединенного входом с выходом переноса суммирующего счетчика,

при этом информационные входы вычитающего счетчика соединены с соответствующими разрядными выходами вычитателя кодов.

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано для автоматического регулирования температуры. Цель изобретения - повышение точности регулирования путем перехода от нелинейной зависимости к регулированию по линейному закону. Для этого в устройство, содержащее задатчик 1 и датчик 5 температуры, тель 2 кодов, формирователь 4 синхроимпульсов, блок 11 управления.нагреватель 8 и аналого-цифровой преобразователь 3, введены вычитающий счетчик 6, суммирующий счетчик 7, одновибратор 9, триггер 10 и элемент И 12. 3 ил.

pu2. 2.

На 8

от 12

flia.3