Термостатирующее устройство Советский патент 1981 года по МПК G05D23/19 G05B13/02 

(54) ТЕРМОСТАТИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО

1

Изобретение относится к технике автоматического регулирования, а более конкретно - к системам управления термостатами, предназначенными для термостатирования различных радиотехнических узлов (в частности кварцевых резонаторов, линий задержки) в условиях изменения температуры окружающей среды в широких пределах, а также относится к оптимальным по быстродействию регуляторам управления, например объектам с распределен -, ными параметрами

Известны термостатирующие устройства, имеющие камеру, регулятор, нагреватель, датчик температуры, характеризующиеся, важным эксплуатационным параметром-временем готовности (выхода в режим), который достигается за счет наличия форсирующего нагревателя 1.

Однако наличие нагревателя формирования и реле подключения его к источнику питания приводит к увеличению максимальной потребляемой мощности, снижению надежности и увеличению габаритов, а также регуляторы имеют достаточно больщую динамическую ошибку в режиме перехода

ОТ форсированного разогрева к стабилиза: ции рабочей температуры.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является термостатирующее устройство, содержащее термочувствительный мост, подключенный к блоку управления, к выходу которого через последовательно соединенные ключевой элемент и усилитель мощности подключен нагреватель, а также содержащее подключенные к выходу ключевого элемента последовательно соединенные генератор линейно возрастающего напряжения и пороговый элемент, выход которого подключен к одному из плеч термочувствительного моста 2.

Недостатком известного устройства является низкое быстродействие и узкий диаSпазон температур, в пределах которого устройство обеспечивает качество переходного процесса, а также то, что устройство работает только на подогрев, т. е. работает только в тех условиях, когда .температура статирования выще температуры окружающей среды.

Цель изобретения - повыщение быстродействия устройства и уменьщение динамической ошибки в режиме перехода от форсированного разогрева к стабилизации рабочей температуры в Широком диапазоне изменения начальных значений температуры объекта, внешней среды и заданной температуры статирования объекта.

Цель достигается тем, что термостатируюш,ее устройство, содержит подключенные к первому выходу блока управления последовательно соединенные блок памяти начальной температуры, дифференциальный усилитель, второй пороговый элемент,. смеситель видеоимпульсов и управляюш,ий триггер, а также инвертируюш,ий повторитель и коммутатор напряжений, первый и второй каналы которого соединены с выходами компаратора и блока управления, а выход коммутатора напряжений связан со входом основного усилителя мошности, причем второй вход дифференциального усилителя связан с выходом задатчика температуры, а выход - со входом компаратора и со вторым входом первого порогового элемента, выходом связанного со вторым входом смесителя видеоимпульсов, вход инвертирующего повторителя связан с выходом генератора монотонно возрастаюш,его напряжения, а выход - со вторым входом второго порогового элемента, выходы управляюш,его триггера подключены к управляющим входам коммутатора напряжений; на вторые входы блока памяти начальной температуры и управляющего триггера подается установочный сигнал (сброс).

Кроме того, термостатирующее устройство дополнено последовательно соединенными форсажными усилителем мощности и исполнительным элементом, а коммутатор напряжений содержит независимый канал, вход которого связан с выходом компаратора, аЪыход подключен ко входу форсажного усилителя мощности, причем управляющий вход дополнительного канала коммутатора напряжений связан с соответствующим выходом управляющего триггера.

Причем, если известно, что начальная температура объекта всегда равна температуре внещней среды, а последняя изменяется незначительно за время выхода объекта в режим, то блок памяти выполняют в виде устройства для измерения температуры внешней среды, которое не связано с блоком управления и на которое не подается установочный сигнал (сброс).

На фиг. 1 изображена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - вариант термостатирующего устройства, дополненного каналом форсированного разгона объекта в режим.

Термостатирующее устройство содержит термочувствительный мост 1, блок 2 управления, коммутатор 3 напряжений, основной усилитель 4 мощности, основной исполнительный элемент 5, блок 6 памяти начальной температуры объекта, дифференциальный усилитель 7, компаратор 8, генератор 9 монотонно возрастающего напряжения инвертирующий повторитель 10, первый пороговый элемент 11, второй пороговый элемент 12, смеситель 13 видеоимпульсов, управляющий триггер 14, клеммы 15,

на которые подается установочный сигнал (сброс), клеммы 16 напряжения задания температуры статирования (задатчик температуры) . В устройстве в качестве генератора 9 монотонно возрастающего напряжения применяется обычный генератор линейно возрастающего напряжения в тех случаях, когда объект термостатирования линейный, а при нелинейном объекте применяется генератор монотонно возрастающего напряжения специальной формы. В устройстве в качестве блока 6 памяти начальной температуры в частном случае, когда начальная температура объекта равна температуре внешней среды, применяется обычный термочувствительный мост для измерения температуры внешней среды на границе с поверхностью термостата.

Термостатирующее устройство (фиг. 2), дополненное независимым каналом форсированного разгона, содержит последовательно соединенные форсажные усилитель 17 мощности и исполнительный элемент 18. В тиком устройстве в качестве исполнительных элементов (основного 5 и форсажного 18) в зависимости от знака разности между температурой статирования и начальной температурой объекта применяются обычные нагреватели или охлаждающие устройства, а в случае, когда в процессе эксплуатации термостатирующего устройства знак этой, разности может меняться произвольно, и, с целью улучщения показателей качества переходного процесса, применяются управляемые реверсивные термобатареи.

Рассмотрим работу устройства на примере схемы, показанной на фиг. 2, в качестве исполнительных элементов возьмем управляемые термобатареи.

При включении питания на блок 6 памяти начальной температуры и на управляющий триггер 14 через входные зажимы 15 подается установочный сигнал (сброс), который устанавливает схему в исходное положение. После этого коммутатор напряжений 3 под действием управления с триггера 14 подключает выход компаратора 8 ко входам основного усилителя 4 мощности и форсажного усилителя 17, а выход блока управления 2 при этом отключается. Компаратор 8 переводит основной 4 и форсажный 17 усилители мощности в режим насыщения, последние, в свою очередь, выводят соответствующие блоки реверсивных термобатарей 5 и 18 на полную мощность,

5 определяя тем самым начало форсированного выхода объекта в режим. За Короткое время по сравнению с временем переходного процесса в термостатирующем устройстве блок 6 памяти занимает начальное значение температуры объекта, и с выхода блока 6 памяти на вход дифференциального усилителя 7 неизменно, в течение переходного процесса поступает сигнал, пропррцио нальный начальной температуре объекта TofaS) На выходе дифференциального усилителя 7 формируется сигнал, пропорциональный разности между заданной температурой стаТирования TCT и начальной температурой объекта Tofogy т. е. Д fctn -TofcS) Знак этой разности определяет полярность сигнала на выходе компаратора 8 и в конечном счете определяет режим работы термобатарей 5 и 18 - нагрев или охлаждение объекта термостатирования. В зависимости от полярности (знака) напряжения на выходе дифференциального усилителя 7 оно сравнивается на одном из пороговых элементов (схем сравнения) 11 или 12 с монотонно возрастающим напряжением той же полярности, которое поступает с блоком 9 или 10. Смеситель 13 видеоимпульсов выделяет момент срабатывания одного из пороговых элементов 11 или 12 и перебрасывает управляющий сигнал 14 в другое состояние. Управляющий триггер 14, в свою очередь, производит переключение каналов коммутатора 3 напряжений. При этом сигнал с выхода компаратора 8 отключается от входов основного 4 и форсажного 1.7 усилителей мощности, а сигнал с выхода блока 2 управления начинает поступать на вход основного усилителя 4 мощности. Таким образом, момент срабатывания управляющего триггера 14 свидетельствует об окончании разгона объекта в режим и соответствует вполне определенному времени для данного температурного перепада Д TCIT,-To/oj). Начиная с этого момента блок 2 управления отрабатывает ощибку рассогласования, компенсируя запасенную энергию объекту термостатирования. Температура объекта начинает выравниват ся по всему объему и это происходит быстрее, когда в качестве, исполнительного элемента служит управляемая реверсивная термобатарея, так как в системе появляется возможность отбора лишнего тепла (холода) за счет изменения знака температуры нагревателя TH . При достижении равенства температуры Tj. процесс выхода в режим термостата заканчивается. Последующее регулирование осуществляется исключительно блоком 2 управления в соответствии с заложенным в него законом регулирования (релейный, пропорциональный, пропорционально-интегральный и т.д.). Необходимость в блоке 6 памяти начальной температуры объекта вызвана тем, что в термостатирующей системе возможны случаи, когда в момент включения термостата температура объекта TO(oS) будет отличаться от температуры окружающей среды Тер, т. е. То(о) 4 . Настройка времени срабатывания Тс управляющего триггера в функции температурного перепада 1Ц, К Тси1-To(eS)J осуществляется изменением коэффициента К пропорциональности с помощью изменения наклона «пыли гелератора линейно возрастающего напряжеПостроение схемы термостатирующего устройства предлагаемым образом значительно сокращает время выхода устройства в режим в широком диапазоне изменения температуры внешней среды, температуры статирования независимо от знака разнос™ А T.,-TofoS) и исключает перерегулирование. Предлагаемая схема термостатирующего устройства отличается от известных своей, универсальностью и более широ областью применения, так как работает Отдельно с любым из видов исполнительных элементов (нагревателем, охлаждающим устройствам, реверсивными термобатареями) ; работает как с каналом форсированного разгона, так и без него, сохраняя при этом высокие показатели качества переходного процесса; термостатирует также нелинейные объекты с высоким качеством переходного процесса. Формула изобретения 1. Термостатирующее устройство, содержащее термочувствительный мост и задатчик температур, подключенные к блоку управления, компаратор, последовательно соединенные генератор монотонно возрастающего напряжения и первый пороговый элемент, последовательно соединенные основные усилитель мощности и исполнительный элемент, ог./гычаюг.4(ееся тем, что, с целью повышения быстродействия устройства и уменьщения динамической ощибки в режиме перехода от форсированного разогрева к стабилизации рабочей температуры в широком диапазоне изменения начальных значений температуры объекта, внешней среды и заданной температуры статирования объекта, оно содержит подключенные к первому выходу блока управления последовательно соединенные блок памяти начальной температуры, дифференциальный усилитель. . второй пороговый элемент, смеситель видеоимпульсов и управляющий триггер, а так« инвертирующий повторитель и коммутатор напряжений, первый и второй каналы которого соединены с выходами компаратора и блока управления, а выход коммутатора напряжений связан со входом основного усилителя мощности, причем второй ВХОД дифференциального усилителя связан с выходом задатчика температуры, а выход - со входом компаратора и со вторым входом первого порогового элемента, выходом связанного со вторым входом смесителя видеоимпульсов, вход инвертирующего повторителя связан с выходом генератора монотонно возрастающего напряжения, а