Устройство для регулирования температуры Советский патент 1976 года по МПК G05D23/19 

1

Изобретение относится к области автоматики н может быть использовано в системах термостатирования.

Известен программный регулятор темперагуры, содержащий задающий блок и блоки измерения и регулирования 1, который позволяет управлять температурой в объекте регулирования по заданной программе, однако он обладает сравнительно невысоким быстродействием вследствие того, что при разогреве не используется форсирующая мощность.

Этот недостаток устранен в регуляторе температуры, содержащем чувствительный элемент, магнитный усилитель, распределитель и источник форсирующего напряжения 2.

Указанный регулятор температуры не позволяет получить достаточно высокую точность регулирования температуры в режиме стабилизации температуры, поскольку в нем регулирование производится в релейном режиме.

Наиболее близким техническим решением является регулятор температуры, содержащий размещенные вне объекта один чувствительный элемент и в объекте регулирования нагреватель и второй чувствительный элемент, подключенный к последовательно соединенным предварительному усилителю, блоку сравнения, релейному элементу н усилителю мощности, выход которого подключен ко входам первого и второго ключей и входу распределителя, один выход которого соединен с другими входами нервого и второго ключей, подключенных соответственно к нагревателю и блоку обратной связи, соединенному со вторым входом предварительного усилителя, другие выходы распределителя подключены ко входам блока форсировки мощности нагрева, соединенного с нагревателем и с первыми входами других ключей, вторые входы которых подключены к программному блоку, а выходы - ко втором входу блока сравнения 3.

Однако указанный регулятор температуры имеет погрешность, обусловленную изменением окружающей температуры. Это связано с тем,

что при ускоренном разогреве в законе управления не учитывается изменение окружающей температуры, а в установившемся режиме имеется статическая ошибка. Целью изобретения является повышение

точности регулирования.

Указанная пель достигается тем, что в устройство для регулирования температуры введены дополнительные усилитель, ключи и нелинейные элементы, причем вход дополнительного усилителя подключен к первому чувствительному элементу, а выход через последовательно соединенные и параллельно включенные нелинейные элементы и дополнительные ключи, управляющие входы которых подключены к выходам распределителя, и через ключ.

соединенный с первым выходом распределителя, подключен к третьему входу блока сравнения.

На чертеже показано предлагаемое устройство.

Устройство содержит чувствительный элемент 1, напряжение на выходе которого пропорционально разности между рабочей температурой и текущей температурой объекта 2 регулирования, предварительный усилитель 3, блок 4 сравнения, релейпый элемент 5, усилитель 6 мощности, распределитель 7, блок 8 форсировки мощности нагрева, программный блок 9, ключи 10-18, нелинейные элементы 19, например делители напряжения на резисторах и диодах, согласующие элементы 20, представляющие собой, например, активные делители напряжения, дополнительный усилитель 21, чувствительный элемент 22, напряжение на выходе которого пропорпионально температуре окружающей среды, нагреватель 23, блок 24 обратной связи.

Устройство для регулирования температуры работает следующим образом.

При включении питания с чувствительного элемента 1 сигнал, соответствующий разности между рабочей температурой и температурой объекта регулирования, подается на вход предварительного усилителя 3, что приводит к срабатыванию релейного элемента 5 и усилителя 6 мощности. При этом на вход распределителя 7 подается сигнал с выхода усилителя 6 мощности. Распределитель 7 срабатывает и подключает к нагревателю 23 от блока 8 форсировки мощности нагрева мощности, которая существенно больще мощности, необходимой для стабилизации рабочей температуры. Объект 2 начинает ускоренно разогреваться. По мере разогрева объекта 2 мощность, подаваемая от блока 8 форсировки мощности нагрева на нагреватель 23, дискретно уменьщается по закону, обеспечивающему минимальное время разогрева объекта 2 до рабочей температуры при определенной температуре окружающей среды.

Изменение мощности по заданному закону осуществляется путем сравнения входного сигнала UE-H, пропорционального разности между рабочей температурой вр и текущей температурой От объекта регулирования и сигнала программы f/np, подаваемого из блока программы 9 и имеющего ряд дискретных значений f/npi, прг) ..., f/nprt . соответствующих значениям мощности Pi, PZ, ..., РПСравнение указанных сигналов производится в блоке 4 сравнения. При этом на вход релейного элемента 5 подается сигнал

Убр UBX - Unp.

При определенном значении сигнала.

OTCL

релейный элемент отпускает.

Когда сигнал f/бр достигает значения

релейный элемент срабатывает.

При первом включении регулятора сигнал на входе релейного элемента больше сигнала срабатывания Релейный элемент срабатывает. При этом, как указывалось выще, к нагревателю 23 подключается форсирующая мощность PI, а на блок 4 сравнения подается сигнал программы Упр,.

На вход релейного элемента подается сигналf/бр LBX - пр,.

Сигнал UBX изменяется пропорционально изменению температуры объекта регулирования. При достижении входным сигналом значения вх вх, сигнал f/бр становится равным t/отп. Релейный элемент отпускает, что приводит к

переключению программного блока 9. При этом от нагревателя 23 отключается мощность PI и подключается мощность , отключается сигнал f/np, п подается сигнал Unp,. При этом сигнал становится больще i/cp и релейный элемент срабатывает, что приводит к срабатыванию усилителя мощности и подготовке распределителя к новому переключению. Дальнейщий разогрев объекта приводит к изменению сигнала t/вх- Когда сигнал f/вх достигает

значения f/вх вх,, сигнал t/sp становится равным

Usp UBX, -t7np2 и ота

релейный элемент отпускает.

Указанные переключения производятся до выхода объекта регулирования на рабочий тепловой режим. При достижении объектом регулирования рабочей температуры нагреватель 23 отключается от блока 8 форспровки

мощности нагрева и через ключ 16 подключается к выходу усилителя 6 мощности, через: ключ 17 подключается блок обратной связи и: регулятор переводится на работу в режиме щиротно-импульспой модуляции. При этом:

осуществляется пропорциональное регулирование рабочей температуры вр.

При изменении температуры окружающей среды в программу регулятора необходимо вносить поправку, обеспечивающую минимальное время разогрева объекта при любой заданной окружающей температуре. Указанная поправка At/1, А1У2 ..., Af/K определяется для: каждого значения сигнала программы t/npi

пр. пр„ при помощи чувствительного элемента 22 и подается через дополнительный усилитель 21, согласующие элементы 20, нелин ейные элементы 19, ключи 13, 14, 15 в блок сравнения. В этом случае сигнал, подаваемый

на вход релейного элемента, определяется из соотношения

f/Sp-t/BX-t/np-Af/.

Для уменьшения статической ошибки регулятора в режиме стабилизации рабочей температуры при изменении окружающей температуры на блок 4 сравнения нодается сигнал Д Ucf, сдвигающий рабочую точку регулятора так, чтобы при любом заданном значении окружающей температуры разница между рабочей температурой вр и регулируемой температурой брег была близка к нулю.

Сигнал Д tVcT подается на блок сравнения с чувствительного элемента 22 через дополнительный усилитель 21, согласующий элемент 20 и ключ 18.

Так как зависимость закона изменений форсирующей мощности от изменений окружающей температуры нелинейна, то ноправка подается в блок сравнения через нелинейные элементы.

Статическая ошибка изменяется пропорционально изменению окружающей температуры, поэтому сигнал Д Ud: также изменяется пропорционально окружающей температуре.

Предлагаемое устройство позволяет обеспечить необходумую точность поддержания рабочей температуры и высокую скорость разогрева объекта в широком диапазоне изменения температуры окружающей среды.

Указанное устройство предназначается для обеспечения рабочего теплового режима объектов, работающих в широком диапазоне окружающей температуры и требующих малого времени выхода на рабочий и высокой точности стабилизации рабочей температуры. Предлагаемое устройство позволяет уменьшить разброс времени выхода на рабочий тепловой режим до 5-10%, а максимальное значение статической ошибки при этом не превышает 0,05°С.

Формула изобретения

Устройство для регулирования температуры, содержащее расположенные вне объекта один

чувствительный элемент и в объекте нагреватель и второй чувствительный элемент, подключенный к последовательно соединенным предварительному усилителю, блоку сравнения, релейному элементу и усилителю мощности, выход которого подключен ко входам первого и второго ключей и входу распределителя, одни выход которого соединен с другими входами иервого и второго ключей, иодключенных соответственно к нагревателю и блоку обратной связи, соединенному со вторым входом нредварительного усилителя, другие выходы распределителя подключены ко входам блока форсировки мощности нагрева, соединенного с нагревателем и с первыми входами других ключей, вторые входы которых подключены к программному блоку, а выходы - ко второму входу блока сравнения, отличающееся тем, что, с целью повышения точности регулирования, в него введены донолнигельные усилитель и ключи, и нелинейные элементы, причем вход дополнительного усилителя подключеп к первому чувствительному элементу, а выход через последовательно соединенные и параллельно включенные нелинейные элементы и дополнительные ключи, управляющие входы которых нодключены к выходам распределителя, и через ключ, соединенный с первым выходом распределителя, подключен к третьему входу блока сравнения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 167380, кл. G 05D 23/24, 1960.

2.Авторское свидетельство СССР N° 273548, кл. Q 05D 23/24, 1968.

3.Авторское свидетельство СССР N° 374582, кл. G 05D 23/19, 1970.