Регулятор температуры Советский патент 1981 года по МПК G05D23/19 

(54) РЕГУЛЯТОР ТЕМПЕРАТУРЫ

I

Изобретение относится к текнике ре- гупирования температуры различных объектов, преимущественно инерционных.

Известные цвухпозиционные регуляторы температуры, работающие по циклу - включено-выключено, а трекпозиционные по цикпу-больше-меньше. Вторые могут обеспечивать большую точность подцержания температуры по сравнению с цвухпозици- онными. Преимуществом авухпозиционных регуляторов является сравнительная простота устройства.

Известен цвухпозиционный регулятор, обеспечивающий лучшее качество регулирования в сравнении с регуляторами температуры без корректирующей обратной связи и содержащий резистивный мост с термозависимым сопротивлением, источник питания временного тока, подключенный к питающей диагонали моста, его измерит ельная диагональ подключена через усилитель к выходному, реле, а также через последовательно соединенный переменный резистор и контакт выходного

реле- к точке соединению которых подключен исполнительный орган, соединена с источником питания ij.

Недостатками такого регулятора является жесткая корректирующая обра-гаая связь, которая не исчерпывает все возможности качественного регулирования при переходных процессах и наличие контакта. выходного реле, который при большой частоте переключений (гфи качествен10ном регулировании) коммутирует ток кор рекции и ток нагрузки и не может считаться высоконадежным элементом.

Наиболее близким к предлагаемому техническим решением является регуля15тор . обеспечивающий качественное регулирование температуры благодаря релейному характеру регулирования с переменной скважностью включений регулятора и с гибкой обратной связью. Регулятср со20держит резистивный мост с тормозависимым сопротивлением, источник питания переменного тока, подключенный к ющей диагонали моста, в измерительную диагональ которого включена двухканальная схема управления триггером, включенным в цепь исполнительного органа, а каждый канал выполнен в виде последовательно подключенных в порядке наименования; блока усилителя- ограничителя, генератора пилообразного напряжения и формирователя импульсов запуска, причем, управляющий вход генератора пилообразного напряжения одного из каналов подключен через усилительдемодулятор к измерительной диагонали мост а . Недостатком известного регулятора является сравнительно сложная настройка усилителя-демодулятора и генератора пилообразного напряжения, посредством которого .осуществляется широтное управление включений триггера по вертикальному способу. Параметры упомянутых генераторов в двух каналах должны быть 1-щ античны. Кроме того, сравнительно сложная структура {большое количество элементов .в обоих какапах. управления не позволяет нспользовагь регулятор, в ряау многочисленных случаев, где дополнительно предъявляются требования простоты устройства и регулирования. При этом качество регу лирования цля регулируемых -инерционных: объектов низкое. Цель изобретения- упрощение регулятора и ул шение качества регулирования Указанная цель достигается тем, что . в регулятор температуры, содержащий измерительный мост с датчиком температуры, источник питания переменного тока подключенный к питающей диагонали мост и дву.хканальный блок управления триггеро включены в цепь исполнитепьного органа, введен инвертор, вход которого подключен к выходу, триггера, а выход к измерительной диагонали моста, причем первый канал двухканального блока управления содержит последовательно соединенные фазочувствительный селектор, одновибратор и элемент ИЛИ, второй вход которого связа с выходом фазочувствительного селектора выходы которого соединены с измеритель ной диагональю моста, а выход элемента ИЛИ- с единичным входом триггера, второй канал управления содержит последовательно-соединенные диод и ключ, выз$.од которого соединен с нулевым входом триг« гера, а анод диода- с одним из выводов измерительной диагонали моста, причем управляющий вход ключа соединен с единичным входом триггера. На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого регулятора температуры; на фиг.2- диаграмма процесса регулирования как в переходном режиме (при включении), так и в режиме установившейся температуры согласно температуре задания -t эд . Регулятор содержит измерительный мост 1, в одно плечо которого включен датчик 2 температуры, а в другое- регулятор 3 задания температуры, двухканальный блок управления, в первом канале которого фазочувствительный:селектор 4 Входами подключен.к измерительной диагонали моста, а выходом- к входам элемента ИЛИ 5, к одному входу непосредственно, а к другому Входу- через одновибратор 6, -триггер 7,, единичным входом подключенный к выходу элемента ИЛИ 5, инвертор 8, входом подключенный к плечу триггера, а выходом- к Измерительной диагонали моста 1, которая подключена также к последовательно соединенным во втором канале диоду 9 и ключу 10, выход которого подключен к нулевому входу триггера 7, а управляющий вход объединен с выходом элемента ИЛИ, в плечо триггера 7 включен исполнительный орган 11,при этом триггер содержит тиристор 12,управляющий электрод которого срединен с минусом источника питания через резистор 13, транзистор 14. Регулятор работает следу«ощим образом. Пусть в пусковом режиме включен тиристор 12. Исполнительный орган 11 при этом оказывается под напряжением источника питания за вычетом падения напряжения на открытом тиристоре 12. Нулевой потенциал преобразуется инвертором 8 в единичный, который передается на измерительную диагональ моста 1, где суммируется с составляющей напряжения разбаланса измерительной диагонали моста, которая с отсечкой отрицательной полуволны диодом 9 через ключ 10 воздей(ствует управляющий электрод тиристора. 12. В начале переходного периода (при включении) напряжение разбаланса моста максимально. Суммируясь с единичным потенциалом обратной связи упомянутое напряжение интенсивно разогревает датчик 2 температуры, обеспечивая таким образом эффект упреждающего отключения Исполнительного органа 11 (так как с более быстрым уменьшением сопротивления в случае нагрева мост 1 балансируется по измерительной диагонали быстрее, в сравнении со случаем, если ,. бы датчик температуры не нагревался (фиг.2, точка А). При достижении баланса моста 1 (при максимально разогретом термосопротивлении) и при последующем инерционном увеличении температуры на его измерительной диагонали после достижения баланса О - О (фиг. 1) происходит переворот фазы и разбаланс моста снова начинает увеличиваться. Переворот фазы (условно принимаем - + фаза) и увеличение-разбаланса от нулевого значения баланса вызывает срабатывание фазочувствительного .селектора 4, (точка Б, фиг. 2) и срабатывание одновибратора 6 (фиг. 1), единичный импульс которого через первый вход элемента ИЛИ 5 поступает на ее выход и вызывает ключевую коммутацию (насыщение) транзистора 14 триггера 7, что выключает тиристор 12, благодаря отсосу тока через транзистор 14. Кроме, того, тиристор выключается по причине запирания ключа 1О от импульса одновибратора 6, что обеспечивает одновременное снижение потенциала управляющего электрода тиристора 12 (токовую отсечку), ввиду запрета на ключ 10. Тиристор 12 в обесточенном состоянии и при нулевом потенциале на управляющем / электроде надежно (по окончании импульса) выключается, а транзистор 14 переходит из насыщенного состояния, в режим линейного усиления и обеспечивает прохождение через исполнительный орган 11 малого тока в соответствии с величиной сигнала разбаланса моста 1 (при + перевернутой фазе фиг.2). При этом фазочувствительный селектор через первый вход элемента ИЛИ поддерживает ток в нагрузке ниже расчетного. По инер ции обеспечивается выход кривой темпе ратуры в зону выще температуры уставки с малым перерегулированием, вслец ствие упреждающего выключения в резуль тате действия максимальной, обратной связи (разогрева датчика температуры). В процессе изменения переходного периода на режим стабилизации имеют место процессы: с момента отключения тиристора 12 и выхода транзистора 14 из зоны насыщения по прекращении импульса одновибратора обратная связь, на гревающая датчик 2 температуры перестает действовать, так как возникающий на аноде тиристора 12 при его отключеНИИ единичный потенциал передается на измерительную диагональ моста 1 через инвертор 8 в виде нулевого потенциала, (что также обеспечивает закрытое состояние тиристора 12). При увеличении разбаланса моста (БВ - кривая темпера- туры; фиг.2) ток транзистора увеличивается с -увеличением разбаланса моста Кривая температуры объекта после выбега переместится вниз так как расчетное значение максимального тока коммутируемого транзистором, не компенснруёт тепловые потери. По достижешш точки В (зоны нечувствительности околобалансного состояния) уменьшающийся в соответствии с уменьщением разбаланса моста транзистора Цр достигает нулевого значения. Обратная связь с момента выключения тиристора отключена,, а сигнал разбаланса моста 1 не может включить тиристор 12 по управляющему электрону, вслецствие закрытого состояния ключа 1О, так как с выхода элемента ИЛИ поступает сигнал запрета. По достижении баланса моста 1 в поо ледующем увеличении разбаланса 1фоис ходит переворот фазы на выходе измерительной диагонали моста 1 и фазочувствительный селектор 4 становится нечувствительным к изменению разбаланса, что снимает сигнал запрета с ключа 10 и предотвращает коммутацию транэис „ ., тора 14. Остывание терморезистора 2 в связи с выключением обратной связи с момента выключения тиристора 12 (точка А, фнг.2) вызывает некоторое повышение его сопротивления. Таким образом баланс моста О-О смещается в сторону более высокой температуры (фиг2). При увеличении разбаланса на измерительной диагонали моста в точке Г при перевороте фазы, происходит включение тиристора 12 вьшрямленным током разбаланса моста 1 (при наличии высокого напряжения на аноде тиристора 12).Кривая температуры начнет подниматься. В точке по достижении баланса при + перевороте фазы, тиристор 14 вновь отключается и 11роцесс повторяется с тем отличием от предыдущего, что каждое новое включевне- отключение тиристора сопровождается изменением периода включения tn так как разогрев - остываниео терморезистора от действия оборотной связи происходит при разных начальных условиях его состояния при изменении скважкости в пределах О К 1. Коммутация исполнительным органом 10 малых токов посредством транзистсра 14, которые возникают только при + перевороте фазы в соответствии с величиной раабаланса на измерительной диагонапи моста, и вследствие некоторой + компенсации потерь рассеяния дополнительно сглаживают релейный характер регулирования с переменной скважностью включения. Это эквивалентно упреяода о щему воздействию на объект регулирования в области перерегул{грования, когда вектор кривой температуры направлен вниз. В аналоговом изображении это эквивалентно подключению интегрирующего звена.

Таким образом, уменьшается зона рыскания и увеличивается качество рен гулирования и точность. Упрощается настройка регулятора, которая сводится в основном к тарировке терморезистора и разметке шкалы задания переменного резистора в плече моста в соответствии с величиной тока поджига на управляющем электроде конкретного тиристора. Предлагаемый регулятор температуры таюке отличается от.известного по количеству использованных в его структуре элементов, и по сложности этик элементов,, и может быть отнесен к регуляторам с изменяющейся структурой: периодический характер подключения обратной связи с переменной скважностью, дополнительная компенсация потерь тепла посредством коммутации транзистора в зависимости от амплитуды выбега с упреждающим воздействием в области уменьшения кривой температуры объекта.

Таким образом, уменьшается колебательность процесса регулирования для объектов различной инерционности, что

существенно расширяет область применения регулятора„

формула-изобретения

Регулятор температуры, содержащий измерительный мост с датчиком температуры, источник питания переменного тока, подключенный к питающей диагонали моста и двухканальный блок управления триппером, включенным в цепь исполнительного органа, отличающийся тем, что, с целью упрощения и повышения точности регулятора, он содержит инвертор,

s вход которого подключен к выходу триггера, а выход - к измерительной диагонали моста, причем первый канал двухканеяьного блока управления содержит последовательно соединенные фазочувствительный селектор, одновибратор и элемент ИЛИ, второй вход которого связан с выходом фазочувствительного селектора, входы которого соединены с измерительной диагональю моста, а выход элемента ИЛИ- ;о единичным входом триггера, второй канал управления содержит последовательно- соединенные диод и ключ, выход которого соединен с нулевым входом триггера, а анод диода - с одним из.ды0водов измерительной диагонали моста, причем управляющий вход ключа соединен с единичным входом триггера. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

N 662918, кл. q05 D 23/24, 1978.