Устройство для регулирования температуры Советский патент 1982 года по МПК G05D23/24 

Изобретение относится к автоматике и предназначено для регулирования температуры различных объектов. В ча стности, может быть использовано в системах те)мостатирования с достато но большим объемом регулируемой ереды, в термостатах, термобарокамерах, предназначенных для испытаний различ ной аппаратуры. С целью повышения точности регули рования созданы устройства, в которы обеспечивается ступенчатое приближение к заданной температуре за счет введения дополнительных элементов и связей, обеспечивающих включение и отключение исполнительного элемента через определенные промежутки времени. Известен регулятор температуры, содержащий источник питания постоянного напряжения, резистивный мост с датчиком температуры, источник питания переменного тока, подключенный к питающей диагонали резистивного моста, измерительная диагональ которого через усилитель подключена к выходному реле, замыкаюпошся контакт которого включен в цепь исполнительного элемента. Измерительная диагональ моста, кроме того, через последовательно соединенные переменный резистор и указанный контакт выходного реле, к точке соединения которых подключен исполнительный элемент, соединена с источником питания постоянного напряжения. При включении нагревателя происходит разогрев регулируемой среды и датчика температуры. Одновременно замыкающийся контакт выходного реле подключает к источнику постоянного напряжения измерительную диагональ моста, по которой начинает протекать ток, вызывающий дополнительный разогрев датчика температуры. Вследствие этого наступает баланс моста, хотя температура регулируемой среды еще не достигла заданного урсЖня. После этого нагреватель от ча&тся, датчик температуры охлаждается до температуры регулируемой среды, что вновь приводит мост к разбалансу, к срабатыванию реле и включению нагревателя. Таким образом, за счет введения дополнительного разогрева датчика температуры обеспечивается ступенчатое приближение к заданной температуре. Длительность импульсов включения нагревателя и отключения определяется величиной тока, подаваемого на измери тельную диагональ моста через переценный резистор, т. е. величиной сопротивления его П. Недостаток известного устройства заключается в следующем. При малом отклонении температуры регулируемой среды от заданной для точного регулирования необходимы малые длительности включения исполнительного элемента, что соответствует малому значению сопротивления перемен ного резистора, при котором ток, обеспечивающий дополнительный разогрев датчика температуры, велик, благодаря чему быстро достигается баланс моста Но при малом значении сопротивления переменного резистора может происходить шунтирование на измерительной . диагонали резистивного моста по переменному току. Это вызывает резкое уменьшение сигнала на входе усилителя и отключение исполнительного элемента, что не позволяет производить регулировку температуры. При большом значении сопротивления переменного резистора ток дополнительного разогре ва датчика температуры мал, увеличив ются длительности включения исполнительного элемента, ступенчатый процесс регулирования становится более грубым, уменьшается точность поддержания заданной температуры. С другой стороны, при большом отклонении температуры, например, в случаеслучайного резкого отклонения или в случае перехода с одного заданного значения на другое, для быстрого достижения заданного значения необходимо иметь большие длительности работы исполнительного элемента, что соот ветствует наибольшему выставленному значению сопротивления переменного резистора. При малом сопротивлении переменного резистора и большом токе дополнительного разогрева датчика исполнительный элемент включается на короткое время, увеличивается длительность пауз, увеличивается время, необходимое для достижения заданной температуры, что уменьшает точность поддержания температуры в случае случайного резкого отклонения температуры, так как в течение большого отрезка времени температура не соответствует заданной, и увеличивает время непроизводительной работы устройства в случае перехода с одного заданного значения температуры на другое. при выставленном определенном среднем значении сопротивления переменного резистора будет происходить недостаточно точное регулирование вблизи заданного значения температуры и медленное нарастание температуры при большом отклонении от заданного значения. Таким образом, недостатком известного устройства для регулирования температуры является низкая точность регулирования и большое время достижения заданной температуры. ( Наиболее близким по своей технической сущности к предлагаемому устройству является регулятор температуры, содержащий последовательно соединенные Датчик температуры, измерительное устройство, усилитель Q регулируемым коэффициентом усиления, усилитель мощности и релейный элемент, а также блок переключения коэффициента усиления усилителя. Блок переключения коэффициента усиления усилителя вьтолнен на встречно-параллельно включенных диодах с последовательно соединенными резисторами, подключенными на вход усилителя, общая точка последовательно соединенных резисторов связана с выходом измерительной схемы и точкой соединения диодов, которая через контур гибкой обратной связи связана с цепью нагрузки. Введение блока переключения коэффициента усиления усилителя обеспечивает защиту усилителя при резких разбалансах на входе регулятора Однако данный регулятор температуры не обеспечивает необходимую точность регулирования и быстродействие. Цель изобретения - повьш1ение точности и быстродействия устройства для регулирования температуры. Поставленная цель достигается тем, что устройство для регулирования температуры содержит последовательно соединенные термочувствительный.мост переменного тока, усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, усилитель мощности и исполнительное реле, через контакты которого нагреватель подключен к источнику постоянного тока, а также блок управления коэффициентом усиления усилителя. Блок управления коэффициентом усиления делителя содержит элемент задержки, выполненный в виде RC-цепочки и резистивного делителя напряжения, соединенного с источником постоянного тока, причем вход RC-цепочки через перекидной контакт исполнительного реле связан с соответствующими вьшодами делителя напряжения, а выход RC-цепочки подключен к управляющему входу усилителя с регулируемым коэффициентом усиления.

На чертеже изображено предлагаемое устройство.

Устройство содержит термочувствительный мост 1 переменного тока с датчиком 2 температуры, усилитель 3, первый каскад которого представляет собой усилитель 4 с регулируемым коэффициентом усиления, реле с обмоткой 5, размыкающимся контактом 6 и перекидным контактом 7, 8, нагреватель 9, блок 10 управления коэффициентом усиления усилителя, элемент 11 задержки в виде RC-цепочки из резистора 12 и конденсатора 13,. делитель 14 напряжения из резисторов 15 и 16, источник 17 постоянного напряжения.

Питающая диагональ резистивного моста 1 подключена к источнику питания переменного тока (не показан). Измерительная диагональ резистивного моста 1 подключена к входной клемме 18 усипителя 4. Другая входная клемма 19 усилителя 4 через RC-цепочку, состоящую из резистора 12 и конденсатора 13, размыкающийся контакт 6 и замыкающийся контакт 7 реле подключена к соответствующим выходам делитепя 14 напряжения, включенного на выходе источника 17 постоянного напряжения. На выходе усилителя 3 включена обмотка 5 реле. Параллельно ей подключен накопительньй конденсатор 20, сглаживающий пульсации сигнала на выходе усилителя 3 с частотой источника переменного тока, питающего резистивный мост 1.

Замыкающийся контакт 8 реле предназначен для подключения нагр ателя

9 к источнику 17 постоянного напряжения. Клемма 21 усилителя 3 подключена к источнику 17 для подачи постоянного напряжения питания на усилитель 3.

Устройство работает следующим образом.

В случае, когда температура регулируемой среды и сопротивление датчика 2 температуры, находящегося, под ее воздействием, равны заданным значениям, термочувствительный мост 1 находится в равновесии. При этом с измерительной диагонали моста 1 снимается нулевое напряжение. Обмотка 5 реле обесточена. Нагреватель 9 отключен. Входная клемма 19 усилителя 4 через 1 резистор 12 RC-цепочки.и размыкакяцийся контакт 6 подключена к выходу ABSлителя 14 с наибольшим уровнем напряжения. Конденсатор 18 RC-цепочки заряжен. При этом усилитель 4 с регулируемым коэффициентом усиления обеспечивает наибольшее усиление сигнала.

При отключении температуры регулируемой среды от заданного уровня изменяется сопротивление датчика 2 температуры, что нарушает равновесие термочувствительного моста 1. При значительном уменьшении температуры на выходе измерительной диагонали моста 1 появляется достаточно большое напряжение, которое усиливается усилителем 3. Происходит срабатывание реле и включение нагревателя 9. Одновременно размыкается контакт 6 и замыкается контакт 7 реле. Входная клемма 19 усилителя 4 при этом подключена через резистор 12 и замыкающийся контакт 7 к выходу делителя 14 с наименьшим уровнем напряжения. Происходит подразряд конденсатора 11. При этом коэффициент усиления усилителя 4 уменьшается до наименьшего значения Но за счет большой величины сигнала рассогласования на выходе моста 1 iнагреватель 9 остается во включенном состоянии и происходит приближение температуры регулируемой среды к заданному уровню. За счет постоянной работы нагревателя без периодических отключений, и включений, как это имеет место в известном, уменьшается время достижения заданной температуры Нагреватель 9 остается во вк.люченном состоянии до тех пор, пока изменение температуры регулируемой среды не приведет к уменьшению сигнала на вы ходе моста 1 на столько, что происходит отключение нагревателя 9, При этом входная клемма 19 усилителя 4 вновь подключена к выходу делителя 14 с наибольшим уровнем напряжения. Происходит подзаряд конденсатора 13. Коэффициент усиления усилителя 4 увеличивается. Через определенный промежуток времени, обусловленный временем подзаряда конденсатора 13 и величиной сигнала рассогласования на выходе моста 1, реле вновь срабатывает и включает нагреватель 9. Входная клемма 19 усилителя 4 переключается к выходу с меньшим уровнем напряжения Нагреватель 9 остается включенным до тех пор, пока конденсатор 13 не подразрядится и не уменьшится коэффициент усиления усилителя 4. После отключения реле входная клемма 19 усилителя 4 вновь подключается к выходу с большим уровнем напряжения.

Процесс будет продолжаться с уменьшающейся длительностью импульсов включения и отключения за счет :уменьшения сигнала рассогласования вплоть до дост1исения заданной температуры регулируемой среды.

Применение предлагаемого устройства для регулирования температуры позволяет по сравнешио с базовым обЪектом, обеспечивающим точность регулирования температуры j;0,, повысить точность регулирования до +0,2 С

В результате повьш1ения точности регулирования температуры сокращается расход электроэнергии, потребляемой при работе устройства, так как исполнительный элемент включается на более короткие промежутки времени.

Формула изобретения

Устройство для регулирования температуры, содержащее последовательно соединенные термочувствительный мост переменного тока, усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, усилх тедь мощности, связанный с обмоткой реле и исполнительного реле, через контакты которого нагреватель подключен к источнику постоянного трка, а также блок управления коэффициентом усиления усилителя, отличающ е е с я тем, что, с целью повьш1ения точности и быстродействия устройства, блок управления коэффициентом усиления усилителя содержит злемент задержки, выполненный в виде RC-цепочки и резистивного делителя напряжения, соединенного с источником постоянного тока, причем вход -КС-цепочки через перекидной контакт исполнительного реле связан с соответствующими выводами делителя напряжения, а выход RC-цепочки подключен к управляющему входу усилителя с регулируемым коэффициентом усиления.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 463953, кл. G 05 D 23/24, 1971.

2. торское свидетельство СССР № 294131, кл. G 05 D 23/19, 1968 . (прототип).

г-лМЛЛН