Устройство для регулирования температуры Советский патент 1981 года по МПК G05D23/24 

1

Изобретение относится к технике измерения и регулирования температур

Известно аналоговое устройство регулирования температуры,.состоящее и термодатчика, задающего блока, блока регулирования, блока тиристоров. Температура объекта, управляемая таким устройством, определяется величиной электрического напряжения, снимаемого с задающего блока. Это напряжение сравнивается с термо-ЭДС датчика температуры, определяемой текущей температурой объекта, и при помощи блока регулирова.ния и блока тиристоров, управляемых разностью термоЭДС и напряжения с задающего устройства, к нагревателю объекта подводится такая величина электрической мощности, при которой величина термо-ЭДС становится равна напряжению с задающего устройства 111

Недостатком такого устройства является трудность использования в автоматизированном производстве, так как задающий блок является аналоговым узлом, управление которым, например при помопда управляющей ЩШ, требует введения преобразователей код-аналог и соответствующих согласующих блоков. Кроме того, аналоговым устройствам присуща ограниченная точность во времени из-за старения элементов. Такие устройства чаще всего используют в виде цифровых устройств.

Наиболее близким к предлагаемому является электронный термостат с цифровым управлением, предназначенным Д.ПЯ поддержания температуры объекта

0 на заданном уровне, состоящий из датчика температурыг блока преобразования значения температуры объекта в цифровой код, включающий в себя преобразователь температуры в частоту

5 и цифровой счетчик, цифровое задающее устройство, цифровой.компаратор, блок изменения температур объекта, где выход датчика температуры через блок преобразования значения темпе0ратуры объекта соединен с первым входом цифрового компаратора, ко второму входу которого подключен выход цифрового задающего устройства, а выход цифрового компаратора под5ключен к входу блока изменения температуры объекта.

Устройство работает следукнцим образом.

Текущее значение температуры объекта измеряется-датчиком температуры, сигнал с которого преобразуется блоком преобразования в цифровой код и подается на первый вход цифрового компаратора, где сравнивается с заданным значением температуры объекта, подаваеким на второй вход компаратора с задаю({(его блока. С выхода компаратора снимается разность входных цифровых сигналов, которая подается на вход блока изменения температуры объекта, который в зависимост от знака разности увеличивает или уменьшает температуру объекта f2j.

Недостатком данного устройства является уменьшение точности регулирования в процессе эксплуатации, определякадейся в основном стабильностью градуировочной характеристики датчика, снятой до установки его на объект

tl)

(Tn.),

ТГР- значение температур градуи,,. POBKHJ

значение сигнала с датчика

гр,при соответствующем значении ТГР

в соответствии с этой характеристикой определяется текущее (.измеряемое) значение температуры объекта.

Градуировочные характеристики реальных датчиков термосопротивлений, термопар и др.) меняются во времени в зависимости от температур эксплуатации (измеряемлх температур). Особенно эти отклонения велики при регулировании высокотемпературных объектов, например в технологии производства полупроводниковых элементов, где предъявляются высокие требования к точности регулирования, в частности, при производстве тонкопленочных элементов, где температура должна устанавливаться с точностью единиц процента. Но в процесса эксплуатации градуировочная характеристика датчика может изменяться на несколько процентов.

0 В таблице представлено изменение градуировочной характеристики от начальной для термопары типа ВР 5/20, широко применяющейся для работы в высокотемпературных объектах в завие,симости от времени эксплуатации и температур, при которых они работав

Как видно из таблицы, погрешность измерения температуры термопарой, определяемая из даиением градуировочной характеристики от Начальной, может иметь значительную величину. Например, при температуре 2000°С уже через 100 ч работы погрешность составляет .

Цель изобретения - повьяяение точности регулирования в процессе эксплуатации устройства. .

Поставленная цель достигается teM, что в известное Устройство, содержащее последовательно соединенные задающий блок, цифровой компаратор и исполнительный элемент, а также последовательно соединенные датчик и цифровой преобразователь, введены таймер, первый запоминающий элемент, последовательно соединенные элемент задержки, блок усреднения, первый функциональнЕлй преобразователь, второй запоминающий элемент и сумматор, а также последовательно

соединенные блок памяти, второй функциональный преобразователь и третий

45 запоминающий элемент, выход которого подключен ко второму входу первого функционального преобразователя, третий вход которого соединен с выходом блока памяти, а четвертый вход50 с выходом таймера, связанным со вторым входом блока усреднения и вторым входом второго функционального преобразователя, третий и четвертый входы которого подключены соответственно к выходу блока усреднения и выходу первого запоминающего элемента, входом связанного с выходом первого функционального преобразователя, причем вход сумматора подключен к выходу цифрового преобразователя, а выход - ко входам цифрового компаратора, элемента задержки и блока усреднения.

На чертеже представлена блок-схем 65 предлагаемого устройства. Устройство регулирования температуры содержит задающий блок 1, цифровой компаратор 2, исполнительный элемент 3, датчик 4, цифровой преобразователь 5, сумматор 6, элемент 7 задержки, блок 8 усреднения, первый функциональный преобразователь 9, первый запоминающий элемент 10, второй функциональный преобразова тель 11, таймер 12, блок 13 памяти, второ и третий запоминающие элементы 14 и 15. Устройство работает следуювгим образом. Текущее значение температуры объекта Tf измеряется датчиком 4, преобразуется Б цифровой код т преобра зователем 5 и подается на первый вхо сумматора 6. Ввиду наличия погрешнос ти из-за изменения градуировочной характеристики от начальной Т{ Т4-ЛТ4.,(2) где Tj- истинное значение температу, ры объекта: дт - текущая вели 1ина отклонения градуировочной характеристики от начальной. На второй вход суьвлатора б подает ся поправка ДТчвдТ ±8,(3) где «ДТ/- ;погрешность определения ЛТ4 , которая определяется точностью блоков 7-13 На выходе сумматора б образуется значение , . . Т4 Т«-Ali- -дT S Ti 1 Б С) fC выхода сумматора б значение Т/ подается на компаратор 2, а на второ вход компаратора подается значение заданной температуры объекта Т«.}Адс блока 1. Компаратор 2 сравнивает эти значения и вырабатывает управляющее воздействие Е на вход элемента 3, ко торый в зависимости от величины и знака Е увеличивает или уменьшает температуру объекта таким образом, чтобы величина Е была минимальной. Определение поправки дТ осущест вляется следующим образом. Таймер 12 вырабатывает значение отрезков времени ДТ4 , которые подаю ся на входы блока 8 усреднения перво го фуйкционального преобразователя 9 и второго функционального преобразователя 11. Значение измеренной температуры объекта Ti с выхода сумматора б подается на первый вход бло ка 8 усреднения, на второй вход которого подается Т через схему задержки на dTi, значение измеренной температуры в предыдУ1Ций момент времени - Т.. На выходе блока 8 усреднения формируется среднее значение температуры объекта промежуток времени ATi. Т. (5) Mejr 5 Это значение подается на входы функциональных преобразователей 9 и 11, уда также подается статическая хаактеристика для данного типа датчиа из блока 13 памяти. (tt), (6) где AT - отклонение градуировочной характеристики датчика от начальной; t - время работы датчика от начала установки} Т - температура, при работает датчик. Эта характеристика может быть получена интерполяцией табличных значений, определяемых при испытании серии датчиков данного типа, например термопар, термосопротивлений. Функционёшьный преобраэоватвль 9 определяет величину отклонения градуировочной характеристики uTi за промежуток ( по формуле (б) ДТ f (tjTcpi ), 7) где t - отюсительное время старения (износа) датчика, определяемое функциональным преобразователем 11 и хранящееся в элементе 14 как во время ра- боты устройства (датчика), так н при временном отключении устройства.. С выхода функционального преобразователя 9 дТ-i подается в перввлй запоминающий элемент 10, где задерживается на величину ut4 . Суммирювание ATi с целью определения сулдаларного отклонения градуировочной характеристики от-начальной происходит по форгдуле ДТоБ1Д 51 ЛТ .(в) 0 С выхода элемента 14 д Трдц подается на второй вход сумматора б, а в случае отключения устройства (датчика) хранится в нем, а также подается на . второй вход элемента Ю. С выхода элемента 10 з11ачение поправки в преДЕдщущий момент времени подается на вход функционального преобразователя 11, К9торый определяет относительное время старения (.износа) датчика. Это время определяется исходя из положения теории надежности, на основании которой износ элемента в данный момент времени зависит от величины отработанного ресурса в прошлом и не зависит от того, как был выработан этот ресурс. Функциональный преобразоват1гль 11 реализует обратную функцию от формулы (7) по значениям ДТ. и ТсрД ti -F{ АТ4- Тор.4 )(9) Э-о значение подается на выходы преобразователя li через элемент 15 на вход функционального преобразователя 9 . При вренюнном отключении устройства регулирование температуры и объекта в элементах 15,10 и 14 сохраняются значения t{ ,ff и дТовщ. / по которым