Регулятор температуры Советский патент 1982 года по МПК G05D23/19 

СБ) РЕГУЛЯТОР ТЕМПЕРАТУРЫ

Изобретение относится к автоматй ке для регулирования неэлектрических величин, в частности для поддержания адиабатического режима в низкотемпературных адиабатических калориметрах.

Известен регулятор.температуры, содержащий последовательно соединенные датчик температуры и задатчик программы, выходы которых соединены со входами фотоэлектрического усилителя, выходом подключённого к одному входу блока управления нагревателем, ко второму входу которого подключен запоминающий блок, к которому подключены последовательно соединенные ключ, интегратор и пороговое устройство,Выход блока управления нагревателем подключен к нагревателю, который, в свою очередь, воздействует на датчик температуры Г ilj.

Однако этот регулятор облада-. ет недостаточно широким диапазоном, изменения постоянной интегрирования

и низкой помехоустойчивостью, так как он представляет собой непрерывную (аналоговую) систему регулирования. Кроме того, отсутствие дифференцирующего канала не позволяет добиться статической и динамической погрешностей, близких к минимально возможным.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является электронный цифровой регулятор температуры для предварительного тёрмостатирования теплоносителя в прецизионной калЬриметрии, содержащий измерительную мостовую схему, в одно плечо которой включен дат-, чик температуры, а в другое - задатчик, причем измерительная мостовая схема подключена к усилителю постоянного тока, выход которого соединен с фазовым анализатором и делителем частоты тактовых импульсов, второй вход которого соединен с генератором тактовых импульсов, выход 9 делителя соединен с вторым входом фазового аРолизатора, последовательно соединенного с реверсивным счетчиком, цифро-аналоговым преобразователем и усилителем мощности, последовательно соединенным с объектом регулирования, содержащим нагреватель и охладитель 2. В данном регуляторе не достигается точное регулирование из-за отсутствия дифференциальной компоненты, которая осуществляет регулирование в высокочастотной области спектра входного сигнала, что приводит к значительным статическим и динамическим погрешностям, невысокой устойчивости работы системы регулирования и точности, кроме того, вре мя переходных процессов значительно Цель изобретения - повышение точности регулятора. .Поставленная цель достигается тем, что регулятор температуры, содержащий последовательно соединенные элемент сравнения, к входам кото рого подключены датчик и задатчик температуры, гальванометр, блок упра вления, делитель частоты тактовых импульсов, ко второму входу которого подключен первый выход генерато ра тактовых импульсов, фазовый анализатор, другим входом связанный со вторым выходом блока управления, и реверсивный счетчик, а также включенные последовательно цифро-аналоговый преобразователь, усилитель мощности и исполнительный элемент,со держит подключенные ко второму выходу генератора тактовых импульсов и включенные последовательно первый ключевой элемент,двоичный счетчик, второй ключевой элемент и сумматор, .другой вход «оторого связан с выходо реверсивного счетчика, причем второй и третий входы первого ключевого элемента подключены к третьему и Четвертому, а второй и третий входы второгог-ключевого элемента - к пято му и шестому выходам блока управления. На чертеже представлена структур ная схема регулятора температуры. Регулятор содержит датчик 1 температуры, задатчик 2 температуры, элемент 3 сравнения и гальванометр с установленным на его шкале фрто приемниками. Число фотоприемников зависит от требуемой точности регу4лирования. Применение такого гальва-1 нометра позволяет выполнить дифференцирующий канал в цифровой форме. Кроме того, регулятор температуры содержит блок 5 управления, предназначенный для управления работой каналов регулирования и представляющий собой набор ключей, счетчиков и схем И, срабатывающих по сигналам, приходящим от фотоприемников, генератор 6 тактовых импульсов, первый ключевой элемент 7 (предназначен для запуска счетчика дифференцицирующего канала в момент засветки первого фотоприемника и выключается во время появления сигналов от последующих фотоприемников) , делитель 8 частоты тактовых импульсов, двоичный счетчик 9, второй ключевой элемент 10, фазовый анализатор 11, реверсивный счетчик 12, сумматор 13, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) Ц, усилитель 15 мощности и исполнительный элемент 16, установленный на объекте регулирования. В регуляторе температуры датчик 1 температуры и задатчик 2 температуры выходами соединены со входами элемента 3 сравнения , выход которого соединен со входом гальванометра . Выходы гальванометра соединены с блоком 5 управления. Сигналы с генератора 6 тактовых импульсов поступают на входы первого ключевого элемента 7 и делителя 8 частоты тактовых импульсов, последовательно соединенные первый ключевой элемент 7,, двоичный счетчик 9, второй ключевой элемент 10 представляет собой дифференцирующий канал. Последовательно соединенные, делитель 8, фазовый анализатор 11, реверсивный счетчик 12 представляют собой интегрирующий канал. Далее сигналы со второго клю чевого элемента 10 и реверсивного счетчика 12 поступают на сумматор 13. Выход сумматора 13 соединен ро входом ЦАП 1. Выход ЦАП И - со входом усилителя 15 мощности, выход которого подключен к исполнительному элементу 16, установленному на объекте регулирования, который, в свою очередь, соединен с датчиком 1 температуры. Регулятор температуры работает следующим образом. Сигнал с датчика 1 температуры вычитается из сигнала задатчика 2 темтепературы в элемент 3 сравнения. 5, (сигнал рассогласования их разность подается на гальванометр k с установленными на его шкале фотоприемниками, работающий в режиме высокочувствительного нуль-инДикатора. Сигналы с выходов фотоприемников гальванометра k через блок 5 управления управляют работой первого 7 и второго 10 ключевых элеметов, делителя 8 частоты тактовых импульсов и фазового анализатора 11. При срабатывании первого фотоприемника открываются первый 7 и второй 10 ключевые элементы, разрешая поступление импульсов от генератора 6 на двоичный счетчик 9. При прохождении л чом гальванометра второго фотоприем ника первый ключевой элемент 7 закры вается. Таким образом, в счетчик 9 записано число импульсов, эквивалентное скорости прохождения луча от первого фотоприемника до второго или пропорциональное скорости изменения сигнала разности между датчиком 1 температуры и задатчиком температуры 2. Сигнал со счетчика 9 через второй ключевой элемент 10 поступает на первый вход сумматора 13. На второй вход сумматора 13 поступает сигнал с реверсивного счетчика 12, Коли чество импульсов, записанных в счетчик 9, эквивалентно величине сигнала разности между датчиком 1 температуры и задатчиком 2 температуры. Тактовые импульсы генератора 6 через делитель 8 частоты тактовых импульсов подаются на фазовый анализа тор 11, Фазовый анализатор 11 по ко мандам , поступающим с блока 5 управления, определяет направление изменения сигнала разности между датчи ком 1 температуры и задатчиком 2 те пературы. Если сигнал разности возрастает, импульсы с генератора через делитель 8 и фазовый анализатор поступают на суммирующий вход реверсивного счетчика 12, При уменьшении сигнала разности фазовый анализатор 11 направляет эти импульсы на вычитающий вход реверсивного счетчика 12 Сумматор 13 служит для объединения сигналов, поступающих от дифференцирующего и интегрирующего .каналов. Сигнал с выхода сумматора 13 поступает на ЦАП 1, который через уси литель 15 мощности воздействует на исполнительный элемент 16. 76 Наличие в устройстве дифференцирующего звена, состоящего из первого элемента, счетчика 9 и второго элемента, позволяет полнее- решить задачу оптимального регулирования, т.е, ПИД-регулирования. В. целях минимизации статических и динамических погрешностей применена ПИД-зависимость обработки информации от рассогласования , Причем ПИД-закон регулирования осуществлен в цифровой форме. Использование гальванометра с установленными на его шкале фотоприемниками позволяет достаточно просто пополучить сигнал, пропорциональный . скорости изменения сигнала рассогласования, так как скорость луча гальванометра пропорциональна скорости изменения сигнала рассогласования. Скорость же луча гальванометра обратно пропорциональна интервалу времени между срабатыванием первого и вто рого фотоприемников на шкале гальванометра. Формула изобретения Регулятор температуры, содержащий последовательно соединенные элемент сравнения, к входам которого подключены датчик и задатчик температуры, гальванометр, блок управления , делитель частоты тактовых импульсов, ко второму входу которого подключен первый выход генератора тактовых импульсов, фазовый анализатор, другим входом связанный |Со вторым выходом блока управления, и реверсивнй счетчик, а также вклю ченные последовательно цифро-аналоговый преобразователь, усилитель мощности и исполнительный элемент, отличающийся тем, что, с целью повышения точности , он содержит подключенные ко второму выхог ду генератора тактовых импульсов и включенные последовательно первый ключевой элемент, двоичный счетчик, вторбй ключевой элемент и сумматор, другой вход которого связан с выходом реверсивного счетчика, причем второй и третий входы первого ключевого элемента подключены к третьему и четвертому, а второй и третий входы второго ключевого элемента - к пятому и шестому выходам блока уп равления.

7 8

Источники информации,, ; 2. Паутов Г. А. Электронный цифпринятые во внимание при экспертизеровой регулятор температуры.- Жур1. Авторское свидетельство СССРнал физическая химия, т. 1,1977,

№ 5383«9, кл. G 05 D.23/22, 1973.вып.6, сЛ552-1553, рис.1 (прототип).