Устройство для многоканального терморегулирования Советский патент 1979 года по МПК G05D23/275 

1

Изобретение относится к регулированию тепловых режимов промышленных объектов и может применяться, в частности, в каскадных системах регулирования, в которых температуры используются в качестве управляющих воздействий на технологический процесс.

В основном авт. св. № 490103 описано устройство для многоканального терморегулирования, содержащее термопары, подключенные к терморегуляторам, делители напряжения и источник управляющего напряжения, причем к источнику управляющего напряжения подключены последовательно соединенные термопара и делитель напряжения каждого канала 1.

Такое устройство имеет сравнительно узкую область применения из-за низкого качества регулирования (больщих автоколебаний температуры) при постоянном смещении температур в зонах, регулируемых терморегуляторами, например, с позиционным законом регулирования, и особенно трехпозиционными терморегуляторами, для которых характерна большая зона нечувствительности между задатчиками нагрева и охлаждения.

Целью изобретения является расширение области применения устройства за счет регулирования постоянного смещения температур в зонах с позиционными терморегуляторами по пропорциональному закону с индивидуальной подстройкой коэффициентов пропорциональности.

/Это достигается тем. что предлагаемое устройство содержит дополнительные делители напряжения и дополнительный источник управляющего напряжения, параллельно которому подключены последовательно соединенные термопара и дополнительный делитель напряжения каждого канала, причем основной и дополнительный делители напряжения каждого канала подключены через иереключатеть, а источники управляющего напряжения выполнены в виде источников постоянного и импульсного напряжений.

На фиг. 1 дана электрическая схема предлагаемого устройства, предназначенного для управления трехпозиционными терморегуляторами; на фиг. 2 - схема предпочтительного подключения термопар к источникам управляющего напряжения в случае, когда терморегуляторы выполнены в виде регулирующих милливапьтметров; на фиг. 3 и 4 - временные графики, иллюстрирующие работу источника импульсного управляющего папряжения; на фиг. 5 - график, иллюстрирующий способ формирования пропорционального закона регулирования нри регулировании постоянного смещения температур трехпозиционных терморегуляторов; на фиг. 6 - импульсы тепловой мощности, поступающие от системы охлаждения к объекту при действительном значении температуры, приведенном на фиг. 5; на фиг. 7 - кривая зависимости мощности нагрева и охлаждения от величины отклонения температуры относительно заданной. Устройство для многоканального терморегулирования содержит термопары 1 и 2 с заземленными и изолированными термоспаями. Измерительные концы 3 термопар подключены через резисторы 4 к входам 5 терморегуляторов 6. Один из измерительных концов 3 термопары 1 (или термопары 2) каждого канала дополнительно соединен с общей точкой 7 резисторов 8 и 9, например, через резистор 4 (на фиг. 1) или через резисторы 10, 11 и 12, включенные в цепи регулирующего миллисольтметра 13 (на фиг. 2). Термопара япи 2 каждого канала соединена через резисторы 8 и 9 последовательно с делителем напряжения 14 и дополнительным делителем напряжения 15, при этом термопары 1 с заземленными термоспаями подключены заземляющим 16 и одним измерительным 3 концами, а термопары 2 с изолированными термоспаями - обоими измерительньЕми концами 3 к выходам делителей напряжения 14 и 15. Входы последних подключены через выключатель 17 к источникам 18 и 19 управляющего напряжения, соответственно выполненных в виде источников постоянного и импульсного напряжений. Источник 19 управляющего напряжения снабжен блоком 20 формирования разнополярных импульсов и блоком 21 выработки паузы между импульсами. Блоки 20 и 21 имеют общие источники 22 и 23 постоянного напряжения питания и общий генератор 24 пилообразного напряжения. Генератор 24 пилообразного напряжения выполнен по известной схеме с времязадающим конденсатором (не показана), обеспечивающей формирование импульсов линейно нарастающего напряжения с возможностью регулирования их длительности, и выполняет функции устройства выработки периода следования импульсов. Влок 20 формирования разнополярных импульсов включает цепь реверса тока выходных импульсов (в цепи 25), состоящую из источника питания 22, регуляторов 26 и 27 амплитуды прямого и обратного импульсов и перекидывающихся контактов реле 28. Для периодического переключения контактов обмотка реле 28 подключена в качестве выходной нагрузки нуль-органа,. состоящего из источника питания 22 входного диода 29, резистора смещения 30 и транзисторов 31 и 32. При этом входной диод 29 и эмиттер транзистора 32 включены на разницу выходных напряжений генератора 24 пилообразного напряжения и делителя 33 напряжения, питаемого от источника 23. Выходная цепь 25 блока 20 подключена к делителям напряжения 15 через блок 21, при этом в нее введены размыкающиеся контакты выходного реле 34 блока 21, а об.мотка реле 34 подключена в качестве нагрузки нуль-органа, состоящего из источника питания 22, входного диода 35, резистора36 смещения, а также транзисторов 37 и 38. Для периодического включения и выключения реле 34 входной диод 35 и эмиттер транзистора 38 включены на разность выходных напряжений генератора 24 пилообразного напряжения и делителя 39 напряжения питаемого от источника 23. Для применения источника 19 в схемах с малоинерционными терморегуляторами 6, например электронными, на его выходе предусмотрен конденсатор 40. В случае использования источника 19 в схемах со стрелочными милливольтметрами, когда инерционность измерительного механизма регулятора 6 достаточно велика по сравнению с требуемым периодом и длительностью импульсов управляющего напряжения, перемычки 41 отключаются. Для имитации инерционности измерительной цепи регуляторов в одном из вариантов применения устройства предлагается подключение индивидуальных конденсаторов в резистивных цепях ввода управляющих пилообразных сигналов в каналы регулирования (не показаны). Работу устройства рассмотрим в самом общем случае его реализации с трехпозиционными терморегуляторами 6. В блоке 20 формирования разнополярных импульсов и в блоке 21 выработки паузы между импульсами источника 19 импульсного управляющего напряжения резисторы смещения 30 и 36 пропускают токи, достаточные для полного отпирания соответствующих транзисторов 31, 32 и 37, 38 и включения реле 28 и 34. Благодаря незначительной величине токов резисторов 30 и 36 и наличию входных разделительных диодов 29 и 35 исключается влияние вентильных характеристик переходов эмиттер - база транзисторов 31 и 37 на форму пилообразного напряжения (}ц генератора 24 при регулировании выходных напряжений Ujj и УЗЭ делителей 33 и 39. Согласованная работа блоков 20 и 21 в течение каждого периода формирования импульсов на выходе источника 19 достигается использованием общего пилообразного напряжения Ut. Формирование разнополярных импульсов происходит в блоке 20 при Ujs Ui9В начальные моменты времени t,каждого периода формирования импульсов пилообразное напряжение Uz., начиная с нуля, линейно увеличивается. Пока напряжение Ut4 меньше напряжения Uj, реле 28 блока 20 остается не включенным, а от источника питания 22 через размыкающиеся контакты реле 28, регулятор 27 амплитуды обратного импульса, выходную цепь 25 и раз мыкающиеся контакты реле 34 блока 21 поступает .импульс тока ill обратной полярности. В момент времени 1д равенства мгновенного значения напряжения Ui4- и выходного напряжения U,j срабатывает реле 28 блока 20 и своими перекидывающимися контактами реверсирует ток ц. При дальнейщем нарастании напряжения Uj импульс тока iii прямой полярности протекает через замыкающиеся контакты реле 28 и регулятор 26 амплитуды прямого импульса. Выработка паузы между упомянутыми разнополярными импульсами происходит в блоке 21. При достижении напряжением Jz величины выходного напряжения Ujg (момент времени t|) транзисторы 37 и 38 отпираются, а реле 34 размыкает свои размыкающиеся контакты. Цепь импульса тока прямой полярности разрывается и наступает пауза между импульсами, которая длится до окончания импульса пилообразного напряжения . напряжения Ut падает до нуля, выключаются реле 28, 34 и наступает очередной период формирования выходных и.мпульсов источника 19. В устройствах с терморегуляторами 6, выполненными на стрелочных милливааьтметрах, когда конденсатор 40 отсутствует, напряжение, подаваемое с выхода источника 19 на делители напряжения 15, повторяет форму тока lit- При этом вводимый в каждый терморегулятор 6 сигнал раскачивает его стрелку, которая описывает траекторию, изображенную кривой Та{см. фиг. 5). Траектория движения стрелки Тд сравнивается с заданными уровнями температур нагрева Т или охлаждения Т В моменты когда стрелка заходит верхними гребнями импульсов выще температуры Т , срабатывает система охлаждения и подает импульсы мощности PcfXf в объект регулирования. Ширина импульсов зависит от величины смещения стрелки вверх по оси Т°. В моменты, когда верхние гребни кривой Т опускаются ниже Том, а нижние заходят вниз за Т терморегулятор 6 подает импульсы тепловой мощности. Таким образом обеспечивается согласованная работа сиетем нагрева и охлаждения. На кривой зависимости мощности Р нагрева и охлаждения от положения действительного значения температуры Т точкой PI отмечено текущее значение .мощности, соответствующее положению Tj, приведенному на чертеже. Точками Рг и Pj отмечены максимальные значения мощности систем охлаждения и нагрева, точками Р и PS - границы области, в которой формируемый закон зависимости тепловой мощности Р от отклонения температуры Т приближается к пропорциональному. Максимальное значение мощности, потребляемой объектом регулирования от систем охлаждения и нагрева в стационарных тепловых режимах при правильной настройке должно на.ходиться внутри области P4-Ps Безинерционные терморегуляторы, нагфимер электронные, работают аналогично, лищь с той разницей, что кривая Т формируется из напряжени.я на .чыходном конденсаторе 40 источника 19. а дальще она через электрические цепи вгюди-.ся в герморегуляторы и ее сравнение с задгкными знучениями температур нагрева TH о.хлаждепия Toif происходит в токовых цепях устройства сравнения. Контроль формы сигнала Та, вводимого в устройство сравнения терморегуляторов 6. производится по траектории движения стрелки (в стрелочных регуляторах) и по приборам контроля электрических сигналов (осциллографу, вольтметру) в электронных регуляторах. Изменением крутизны переднего и заднего фронтов импульсов обратной и прямой полярности на кривой 1 выставляются требуемые коэффициенты пропорциональности по Каналам охлаждения и нагрева. Изменение крутизны фронтов импульсов осуществляют регуляторами 26 и 27 амплитуды прямого и обратного импульсов, з также величиной емкости конденсатора 40 в устройствах с электронными регуляторами. Делителями 33 и 39 напряжения выбираются требуемые амплитуды А( и AI верхноо и нижнего импульсов кривой Г,. Наличие возможности выбора требуемой длительности и амплитуды прямого и обратного импульсов а также паузы между выходными :шпульсами iii позволяет выбрать требуемые коэффициенты пропорциональности как по нагреву, так и 10 охлаждению и выдержать соотнощение AI -f At Те - Т, где А) и Аг - амплитуды верхнего и нижнего пмиульсов кривой Т. Соблюдение этого соотношения устраняет зону нечувствительности между заданными температурами нагрева - Т о.хлаждения - Том при регулировании постоянного смещения температур при noM(v щи напряжения источника 18. При этом индивидуальная подстройка коэффициентов пропорциональности каждого канала может быть выполнена делителями напряжения 15. Переключатели 42, если нет необходимости

регулировать коэффициенты пропорциональности в широких пределах, могут быть разомкнуты.

В частном случае предложенный источник 19 импульсного управляющего напряжения может быть использован для формирования пропорционального закона регулирования, В этом случае длительности и амплитуды импульсов тока iti выбираются так, чтобы на кривой Т остались импульсы только одной полярности (положительной или отрицательной) в зависимости от запаса мощности регулятора и диапазона ее изменения в процессе регулирования. В этом случае схема источника 19 может быть значительно упрошена, так как однополярные импульсы можно формировать при помощи одного формирователя импульсов. Контакты выключателя 17 размыкаются при снятии действительных температур.

Эффективность предложения заключается в многоканальном дистационном регулировании при помощи выходного напряжения источника 18 постоянных смещений температур в зонах регулирования с позиционными терморегуляторами, в устранении зоны нечувствительности при регулировании положительного смешения температур, поддерживаемых трехпозициопными терморегуляторами, в повьпиенном быстродействии при обработке больших постоянных смещений температур, достигаемом за счет подключения ступеней мощности, соответствующих горизонтальным участкам Ps-P4, Ps-Pr на кривой Т°д. Это позволяет существенно расширить область применения предлагаемого устройства и улучшить качество регулирования тепловых объектов.

Формула изобретения

Устройство для многоканального терморегулирования по авт. св. № 490103, отличающееся тем, что, с целью расширения области применения устройства за счет регулирования постоянного смещения температур в зонах по пропорциональному закону с индивидуальной подстройкой коэффициентов пропорциональностей, оно содержит дополнительные делители напряжения и дополнительный источник управляющего напряжения, параллельно которому подключены последовататьно соединенные термопара и дополнительный де титель напряжения

каждого канала, причем основной и дополнительный делители напряжения каждого канала соединены через переключате,;1Ь, а источники управляющего напряжения выполнены в виде источников постоянного и импульсного напряжений.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидете тьство СССР № 490103, кл. G 05 D 23/275, 1973.