Устройство для регулирования температуры Советский патент 1981 года по МПК G05D23/19 

Изобретение относится к системам регулирования неэлектрических величин, в частности к регулированию температуры по программе с использованием электрических средств и может быть использовано, например, в установках нагрева для проведения металлургических, процессов, в аппаратуре для моделирования термической операции, позволяющей следить за характером протекающих- в сплаве фазовых превращений. Известно устройство регулирования температуры, содержащее датчик и задатчик температуры, подключенные к терморегулятору. В качестве датчика температуры в устройстве использован термометр сопротивления, выходная ЭДС которого имеет параболическую зависимость от температуры. Программный задатчик температуры, выполненный в виде генераторов, основного и вспомогательного преобразо вателей число импульсов - напряжение входы которых соответственно подключены к выходам генераторов с управля емой И неуправляемой частотой, а выход вспомогательного преобразователя подключен ко входу генератора с управляемой частотой импульсов, обеспечивает .сигнал задания тепмературного хода также по параболическому, закону, чтб позволяет обеспечить строго линейное изменение температуры электропечи 1. Однако известное решение не может быть применено в устройствах регулирования, использующих в качестве датчиков температуры термопару, обеспечивающую закон изменения температуры, близкий к линейному. Кроме того, известное устройство имеет ограниченный диапазон регулирования температуры (до 500 ° С), так как в качестве датчика используется термометр сопротивления. Из известных решений наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, которое предназначено для управления линейным температурным режимом объектов электрического нагревания по заданной программе. Устройство одер-; , жит датчики температуры - термопары, включенные дифференциально, блок управления, исполнительный элемент, задатчик, генератор импульсов, усилитель, модулятор. Программный темпе

ратурный режим осуществляется задатчиком. Задание программы производится изменением частоты импульсного генератора, который связан с одним из входов модулятора. На второй вход модулятора поступает сигнал от датчика температуры. На модуляторе происходит коррекция длительности импульсов, подаваемых на задатчик, зависящая от сигнала термопары. Устройство позволяет повысить точность регулирования 2 .

Однако данное устройство имеет ограниченные функциональные возможности из-за применения однотипных датчиков температуры, В качестве датчиков температуры в устройстве используются термопары и не могут быть использованы термометры сопротивления .

Цель изобретения - расширение области применения.

Указанная цель достигается тем, что устройство для регулирования температуры содержит задатчик, 1енератор импульсов и последовательно соединенные датчик, блок управления и исполнительный элемент, содержит последовательно соединенные пороговый элемент и реверсивный счетчик, а также инвертор, вход которого соединен с выходом порогового элемента, выход - с инверсным входом реверсивного счетчика, к счетному входу которого подключен выход; генератора импульсов , входы rtopoiOBoro элемента связаны с выходами датчика и задатчика соответственно, а выход реверсивного счетчика - со вторым входом блока управления.

При этом блок управления содержит последовательно соединенные усилитель, аналого-цифровой преобразователь, цифровой компаратор и двухпозиционный регулятор, причем выход блока управления связан с выходом двухпозиционного регулятора, первый вход - со входом усилителя, второй вход - со вторым выходом цифрового компаратора.

Благодаря введению порогового элемента, подключенного к датчику и задатчику инвертора и реверсивного счетчика, счетный вход которого соединен с генератором импульсов, управляющие входы прямой и инверсный со ответственно соединены с выходом порогового элемента непосредственно и через инвертор, а выход подключен к блоку управления. Устройство для регулирования температуры может быть использовано с любым датчиком температуры. Блок управления в предложенном устройстве выполнен из цифрового компаратора, входы которого соединены с выходом реверсивного счетчика и выходом аналого-цифрового преобразователя, подключенного к датчику

температуры через усилитель, а выход - к исполнительному элементу че рез двухпозиционный регулятор.

На чертеже представлена структурная схема устройства.

Устройство содержит объект 1 регулирования, датчик 2 температуры, подключенный к объекту 1, трехдекадный задатчик 3 температуры, генератор импульсов 4, пороговый элемент 5 инверторы б, реверсивной счетчик 7. Пороговый элемент 5 входами подключен к датчику 2 и трехдекадному зада тчику 3 температуры, а выходом к управляющим входам реверсивного счетчика 7 непосредственно и через инвертор 6. Счетный вход счетчика 7 подключен к генератору импульсов 4, а выход - к цифровому компаратору 8 блока управления 9. Другой вход компаратора 8 подключен к датчику 2 температуры через последовательно соединенные усилитель 10 и аналого-цифровой преобразователь 11. К выходу компаратора 8 подключен двухпозиционный регулятор 12, выход которого соединен с исполнительным элементом 13 управления объектом 1.

Устройство работает следующим образом.

При отличии температуры, измеряемой датчиком 2, от программы, заданной задатчикоМ 3, пороговый элемент 5 вырабатывает сигнал управления реверсивным счетчиком 7 на сложение, когда уровень сигнала задатчика 3, поступающего на вход порогового элемента 5, больше уровня сигнала с датчика 2 температуры, поступающего на второй вход порогового элемента 5. При этом управляющий сигнал подается с выхода порогового элемента 5 на вход реверсивного счетчика 7 через инвертор 6. При равенстве уровней сигналов датчика 2 и задатчика 3 происходит переключение управляющих входов реверсивного счетчика 7. В том случае, когда уровень сигнала задатчика 3 меньше уровня сигнала с датчика 2, пороговый элемент 5 вырабатывает сигнал управления реверсивным счетчиком 7 на вычитание, который подается непосредственно на вход счетчика 7. На счетный вход реверсивного счетчика 7 поступают импульсы с выхода генератора 4. На выходе счетчик 7 получается цифровой двоично-десятичный код, который характеризует программу регулирования температуры. Закон программного регулирования температуры определяется частотой следования импульсов генератора 4. Выполнение задатчика 3 трехдекадным позволяет задавать любую температуру в интервале 20-1000°С с дискретностью . Цифровой код, соответствующий заданной температуре, с выхода счетчика 7 поступает на один из входов цифрового компаратора 8 блока

управления 9. Измеренный датчиком Т сигнал усиливается усилителем 10 и преобразуется аналого-цифровым преобразователем 11 в цифровой код, который поступает на другой вход цифрового компаратора 8. Компаратор 8 производит.сравнение вьш еуказанных кодов и вырабатывает сигналы Больше (Б), Меньше С М ), Равно (). В зависимости от того или иного сигнала срабатывает двухпозиционный регулятор 12, имеющий П, ПД, ПиД законы регулирования. Выходной сигнал двухпозиционного регулятора 12 используется для управления работой исполнительного элемента 13 нагревания (охлаждения) объекта 1.

Предложенное устройство обеспечивает соответствие температурных характеристик датчика и задатчика, что делает его работоспособным с любым типом датчика и позволяет расширить функциональные возможности всего устройства.

Устройство для регулирования температуры электропечи обладает рядом достоинств, а именно позволяет осуществить программное регулирование температуры в широком диапазоне скоростей. Закон регулирования может быть как линейным, что необходимо при количественном исследовании сплавов магнитным методом, так и любым другим, что требуется в ряде случаев в практике заводских лабораторий. Устройство позволяет с высокой степенью дискретности, равной 1°С задавать любую температуру от комнатной до 1000°С в объеме печи. Устройство реализуется на стандартных радиоэлектронных элементах и приборах, выпускаемых промышленностью.

Формула изобретения

1.Устройство для регулирования температуры, содержащее задатчик, генератор импульсов и последовательно соединенные датчик, блок управления

и исполнительный элемент, отличающееся тем, что, с целью расширения области применения, оно

0 содержит последовательно соединенные пороговой элемент и реверсивный счет чик, а также инвертор, вход которого соединен с выходом порогового элемента, выход - с инверсным входом ревер5сивного счетчика, к счетному входу которого подключен выход генератора импульсов, входы порогового элемента связаны с выходами датчика и задатчика соответственно, а выход реверсив0ного счетчика - со вторым входом блока управления.

2.Устройство по п. 1, отличаю ш. е е с я тем, что блок управления содержит последовательно соединенные усилитель, аналого-цифровой

5 преобразователь, цифровой компаратор и двухпозидионный регулятор, причем выход блока управления связан с выходом двухпозиционного регулятора, первый вход - со входом усилителя,

0 второй - со вторым входом цифрового компаратора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР

5 № 387346, кл. G 05 D 23/19, 1971.

2.Авторское свидетельство СССР № 533920, кл. G 05 D 23/22, 1976 (прототип).