Регулятор температуры Советский патент 1976 года по МПК G05D23/22 

1

Изобретение относится к системам регулирования неэпектрических величин и может быть использовано в технологических термических установках различного назначения, в частности в установках для выращивания монокристаллов.

Известны регуляторы температуры, применяемые для управления термическими режимами печей электросопротивления l, наиболее типичным из которых является регуля тор ВРТ-3. Однако, такие регуляторы недостаточно надежны и точны в работе вследствие применения в них дополнительных фильров подавления помех, реохордов, сложных усилителей постоянного тока со свойственными им шумами и дрейфами нулей.

Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является регулятор температуры, содержащий последовательно соединенные датчик температуры и задатчик программы, выходы которых соединены со входами фотоэлектрического усилителя, выход которого подключен к одному входу блока управления нагревателем 2.

Данный регулятор сложен в настройке и

обслуживании и, как следствие этого, может терять устойчивость регулирования в разных режимах работы. При подготовке терморегулятора к работе необходимо точно установит уровень максимального напряжения на нагревателе и постоянную изодрома, так как именно эти параметры определяют согласование работы регулятора с конкретной печью. В противном случае система теряет устойчивость и либо возбуждается, либо работает в режиме позиционного регулирования - включено - выключено . Кроме того; в процессе вывода печи на режим необходимо подобрать еще один параметр регулятора - зону пропорциональности (крутизну регулировочной характеристики). На практике возможен неоптимальный выбор данной зоны, что также ведет либо к возбуждению системы, либо к переходу на режим регулирования.

Следует отметить, что постоянную изодрома и зону пропорциональности в динамическом режиме в основном определяет тепловая инерция печи. Последняя, в свою очередь, зависит от реальной температуры в печи, поэтому работа при высоких и низких температурах требует дополнительной коррекции времени изодрома и зоны пропорциональности, в противном случае возможна описанная выше потеря устойчивости работы устройства. Таким образом, наличие трех под бираемых в процессе работы регулятора пос тоянных: максимального напряжения нагревателя, времени изодрома и зоны пропорциональности - делает подбор оптимального режима регулирования длительным и трудоемким и ухудшает устойчивость работы всей системы в целом. Целью изобретения является повышение надежности работы регулятора. Поставленная цель достигается тем, что в регулятор предложенной температуры введень запоминающий блок, пороговое устройство, ключ и интегратор, вход которого подключен к входу фотоэлектрического усилителя, выход - ко входу порогового устройства одни выходы которого подключены ко входу ключа, а другие - ко входу запоминающего блока, выход которого подключен к другому входу блока управления. На чертеже представлена блок-схема регулятора температуры. Регулятор температуры содержит датчик температуры 1, задатчик программы 2, фотоэлектрический усилитель (ФЭУ) 3, блок управления нагревателем (БУ) 4, интегратор 5, пороговое устройство (ПУ) 6, ключ 7, запоминающий блок 8. Выход БУ 4 подключен к нагревателю 9, который, в свою очередь, воздействует на датчик температуры 1. Регулятор температуры работает следующим образом. Сигнал с датчика температуры 1 вычитается из сигнала заДатчика программы 2, их разность - сигнал рассогласования - подается на вход ФЭУ 3, работающего в режиме высокочувствительного нуль-индикатора. Усиленный сигнал ошибки подается с выхода ФЭУ 3 одновременно в БУ 4 и на вход интегратора 5. В БУ 4 сигнал ошибки изменя ет выходной ток пропорционально своей величине в пределах 5-10% диапазона регулирования выходного тока БУ 4. Таким образом, происходит точное регулирование температуры. Основным принципом динамической работы регулятора, является принцип сведения к нулю постоянной составляющей сигнала рассогласования датчика 1 и задатчика программы 2. При соблюдении данного условия имеет место наиболее надежная и устойчивая работа канала точного регулирования, а следовательно, наиболее точное и устойчивое регулирование температуры всего регулятора в целом. Практически сведение к нулю постоянной составляющей сигнала рассогласования достигается за счет автоматического подбора подаваемой на печь мощности, на уровне которой происходит точное регулирование температуры. Сигнал ошибки интегрируется интегратором 5. При отсутствии постоянной составляющей в сигнале рассогласования датчика 1 и задатчика программы 2, вольт секундные площади положительного и отрицательного полупериодов сигнала ошибки равны, так как сигнал рассогласования находится в центре динамического диапазона ФЭУ 3. Тогда среднее значение сигнала ошибки на выходе интегратора 5 равно нулю, и все остальные элементы сохраняют свои состояния. При появлении постоянной составляющей в сигнале рассогласования датчика 1 и задатчика 2 в процессе движения программы или изменения внешних условий (напряжение сети, окружающей температуры) соотноше- ние площадей положительного и отрицательного сигнала ошибки меняется, так как сигнал рассогласования смещается из центра динамического диапазона ФЭУ 3. Тогда на выходе интегратора 5 появляется пропорциональный среднему значению сигнала ошибки и отличный от нуля сигнал, знак которого определяется направлением движения программы (нагрев, охлаждение) или изменением внешних условий. С каждым периодом выходной сигнал интегратора 5 растет по амплитуде в одну сторону, пока не достигнет уровня, определяемого пороговым устройством 6. В зависимости от знака выходного напряжения интегратора 5 сигнал появляется на одном из выходов ПУ 6. После этого пороговое устройство 6 открывает ключ 7, который возвращает интегратор 5 в нулевое состояние и изменяет выходное напряжение запоминающего блока 8 на фиксированную величину (сигнал с одного выхода ПУ 6 поднимает, а с другого снижает выходное напряжение запоминающего блока 8). Далее происходит новый цикл интегрирования сигнала ошибки. Напряжение с выхода запоминающего блока 8 подается на дополнительный вход БУ 4. Полное изменение выходного напряжения запоминающего блока 8 соответствует изменению тока БУ 4 в пределах всего его диапазона. Следовательно, в конкретном случае его ток зависит от состояния запоминающего блока 8, и при изменении его выходного напряжения меняется ток БУ 4, а значит, и мощность, подаваемая на печь. Таким образом, происходит определение уровня мощности, на котором производится точное регулирование температуры или происходит грубая регулировка температуры. Технико-экономический эффект от использования такого регулятора в народном хозяй стве заключается в дальнейшем усовершенствовании автоматизации технологических процессов за счет повышения надежности его работы. Использование регулятора в различных технологических термических установ ках высокого качества (например, при производстве полупроводниковых приборов или в машиностроительной промышленности, где требуется высококачественный отжиг деталей) позволяет повысить качество выпускаемой продукции. Формула изобретения Регулятор температуры, содержащий последовательно соединенные датчик температуры и задатчик программы, выходы которых соединены со входами фотоэлектрического . усилителя, выход которого подключен к одному входу блока управления нагревателем, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности работы регулятора, в нем установлены запоминающий блок, пороговое устройство, ключ и интегратор, вход которого подключен к выходу фотоэлектрического усилителя, выход - ко входу порогового устройства, одни выходы которого подключены ко входу ключа, а другие - ко входу запоминающего блока, выход которого подключен к другому входу блока управления. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе: 1.Певзнер В. В. Прецизионные регуляторы температуры Изд. 1973 г. 2.Авторское свидетельство СССР № 238917, G 05 В 23/19 от 1969 г.