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

t . , Изобретение относится к измеритель ной технике и может быть использовано для контроля и регулирования физических величин с помощью датчиковj выход ным параметром которых является сопротивление, таких, например, как терморезистор. Известно устройство, содержащее мостовую схему с терморезисторами, за датчик температуры, исполнительный орган и источник опорного напряжения tn. Однако данное устройство обладает малой 1 разрешающей способностью, так как повышение чувствительности в этом устройстве ограничено допустимo величийой измерительного тока, протекающего по терморезистору. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является УСТ ройство, содержащее термочувствительный элемент, например, терморезистор, накопительный элемент, например, конденсатор, и источник опорного на,пряжения, задатчики температуры аерхнего и нижнего пределов, нуль-орган генератор импульсов, коммутатор, имеющий в своем составе первый электронный ключ, через который конденсатор подключен к источнику опорного напряжения, второй электронный ключ, . подключенный к входу нуль-органа и третий электронный ключ, через который конденсатор подключен к входу нуль-органа, триггеры, элемент совпадения и исполнительный орган. Известное устройство обладает высокой чувствительностью и малой погрешностью за счет нагрева измерительным током терморезистора С2. Однако при наличии дестабилизирующих факторов известное устройство обладает низкой точностью, так как вариации таких элементов, как конденсатор, источник опорного напряжения, нуль-орган и т.д. оказывают влияния на погрешность контрол) и регулирования температуры. Цель изобретения - повышение точности устройства при наличии дестабилизирующих факторов. Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее термодатчик, задатчик температуры, источник опорного напряжения, накопительный конденсатор, нуль-орган, генераторимпульсов, формирователь импульсов, первый электронный ключ, через который первый вывод накопительного конденсатора соединен с первым выводом источника опорного напряжения, второй вывод которого соединен с вторым выводом накопи- тельного конденсатора, а также с пер вым входом нуль-органа и через второ электронный ключ - с вторым входом нуль-органа, управляющие входы первого и второго электронного ключа co динены с первым выходом формировател импульсов, третий электронный ключ, через который первый вывод накопител ного конденсатора соединен с вторым входом нуль-органа, а управляющий вход третьего электронного ключа с вторым выходом формирователя импуль.сов, вход которого соединен с выходо генератора импульсов, а также исполнительный орган, введены первый и вт рой элементы И, четвертый и пятый электронные ключи, блок выделения импульсов и цифровой блок сравнения причем термодатчик и задатчик температуры соответственно через четвертый и пятый электронные ключи сое динены с первым выводом накопительного конденсатора, а управляющие входы четвертого и пятого электронны ключей соединены соответственно с третьим и четвертым выходами формирователя импульсов, а пятые и шестые выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входами блока выделения импульсов, третий и чет вертый входы которого соединены с вы ходом нуль-органа, а выходы, блока выдё пения импульсов соединены через первый и второй элементы И соответст венно, с входами цифрового блока срав нения, выход которого подключен к входу исполнительного органа, причем вторые входы первого и вто|эого элементов И соединены с выходом генератора импульсов. Кроме того, формирователь импульсов содержит делитель на два, третий и четвертый элементы И, делитель на целое число, включенный на ходе формирователя, причем прямой ыход делителя на целое число соеинен с входами третьего и четеерто о элементов И, входом делителя на ва и выходом формирователя, а инт версный выход делителя на целое число - с первым выходом формирователя импульсов, прямой выход делителя на два соединен с пятым выходом формирователя и с вторым входом четвертого элемента И, выход которого соединен с четвертым выходом формирователя, а инверсный выход делителя на два соединен с шестым выходом формирователя и с вторым входом третьего элемента И, выход которого соединен с третьим выходом формирователя. При этом блок выделения импульсов содержит пятый и шестой элeмeнtы И, входы одного из которых соединены с первым и третьим входами блока, а входы другого - с вторым и четвертым входами блока, выходы которого являются выходами элементов И. На фиг. 1 приведена блок-схема устройства для измерения температуры на фиг. 2 - эпюры напряжений. Устройство содержит накопительный конденсатор 1, коммутатор 2, выполненный на электронных ключах 37, источник 8 опорного напряжения, термодатчик 9, задатчик 10 температуры, генератор 11 импульсов, формирователь 12 импульсов, состоящий из делителя 13 на целое число, с прямым 1 и инверсным 15 выходами, третий и четвертый элементы И 16, 17 и делителя 18 на два,с прямыми 19 и инверсными 20 выходами, нуль-орган 21, блок 22 выделения импульсов, выполненный на первом и втором элементах И 23, 2k, и пятые и шестые элементы И 25 и 26, цифровой блок 27 сравнения и исполнительный орган 28. Кроме того,.потенциальный вход нуль-органа 21 соединен через второй электронный ключ 7 с точкой нулевого потенциала 29,с которой также соединены вывод термодатчика 9, задатчика 10 температуры, вывод накопительного конденсатора 1, один из выводов источника 8 и непотенциальный вход нуль-органа 21. Устройство работает следующим образом. Логика работы формирователя 12 импульсов построена так, что с помощью электронных ключей 3-7, источника 8 опорного напряжения, генератора 11, нуль-органа 21 на выходе последнего в различные промежутки времени последовательно форми руются импульсы, длительность которых зависит от величин сопротивлений термодатчика 9 и задатчика 10 температуры. Затем эти импульсь с помощью блока 22 выделения импульсо и формирователя 12 импульсов разделяются по отдельным каналам, преобразовываются в код при посредстве генератора 11 импульсов и пятых и шестых элементов И 25 и 26. Коды, несущие информацию о значении величин сопротивлений термоДатчика и задатчика температуры сра ниваются в цифровом блоке 27 сравнения, на выходе которого формируется код/ характеризующий разность величины сопротивлений термодатчика 9 и задатчика 10 температуры. Этот код является как бы сигнало рассогласования системы регулирования и определяет работу исполнитель ного органа. Генератор 11 формирует прямоугольные импульсы опорной частоты (фиг.2а), которые делятся дели телем 13 частоты на целое число, на прямом И и инверсном 15 выходе которого формируются управляющие им пульсы (фиг.26,а, соответственно интервалы tjj- tij, фиг.2 в, t4, фиг.26). Длительность импульсов выбирается такой, чтобы за заданный промежуток времени накопительный конденсатор успел зарядиться до величины источника опорного напряжения и полностью разрядиться через термодатчик 9 и задатчик 10 температуры. С прямого выхода делителя 13 частоты импульсы поступают на вход делителя частоты на два, на прямом 19 и инверсном 20 выходе которой формируются импульсы длительностью 14(фиг.2г,д) соответственно. Эти импульсы поступают на один из входов элементов И 1б, t7 на другие входы которых поступают импульсы с делителя 13 частоты в результате чего на выходе третьего и четвертого элементов И 1б, 17, (фиг.2е,интервал t( t, фиг,2ж, интервал tc- t) формируются импульсы соответственно позволяющие четвертым и пятым электронным ключам Ц и 5 коммутатора 2 во время разряда накопительного конденсатора 7 96 подключить к нему то термодатчик Э то задатчик 10 температуры. При рассмотрении работы ключей коммутатора принято, что наличие положительного напряжения на управляющем электроде ключа приводит его в состояние замкнуто, а отсутствие - в положение разомкнуто. Поэтому в интер валах tg- t, 1(фиг.2з,ф, первый и второй электронные ключи 3f7 замкнуты, -6 разомкнуты) конденсатор 1 заряжается до величины напряи ения источника 8, в интервале tq(фиг.2з,;. четвертый и третий электронные ключи Ц, 6 замкнуты, осталь- ные - разомкнуты) разряжается через термодатчик 9 а в интервале tt t разряжается через задатчик 10 температуры (пятый и третий электронный ключи 5, 6 замкнуты, остальные разомкнуты). Так как второй электронный ключ 7 в момент заряда накопительного конден4 сатора закорачивает входы нуль-органа 21,то на его вход поочередно поступают импульсы, характеризующие разряд накопительного конденсатора через термодатчик 9 (фиг. 2 и,интервал tn- tn и через задатчик 10 температуры 10 фиг.2 и, интервал t) Соответственно, на выходе нуль-органа 21 периодически формируются импульсы, длительность которых находится в однозначной зависимости и от величины сопротивления термодатчика 9 (фиг.2к, til 3 величины сопротивления задатчика 10 температуры (фиг.2 к, t t(,). На выходе же первого элемента И 23 блока 22 выделения импульсов выделяются импульсы, длительность которых пропорциональна величине сопротивления задатчика температуры (фиг.2л t.- t) а на выходе второго элемента И 2 величине сопротивления термодатчика 9 (фиг.2 м, t - tj). Блок выделения импульсов выделяет однотипные импульсы, длительность которых преобразуется в код с помощью лементов И 25 и 26. На фиг. 2 н представлен выходной игнал шестого элемента И 2б, а на иг. 2 о - выходной сигнал пятого лемента 25. Цифровой блок 27 сравения выделяет информационный разостный сигнал рассогласования, фиг. 2 п), который управляет исполительным органом 28. Предлагаемое устройство может быть использовано как для контроля так и для регулировани)Ч температуры в последнем случае исполнительный орган по сигналу с цифрового блока 27 сравнения воздействует на объект нагревая или охлаждая его. Техническим преимуществом предлагаемого устройства является более высокая точность контроля и ре гулирования при наличии дестабилизирующих факторов. Это достигается за счет того, что в формировании сигнала, характеризующего температуру объекта и в формировании сигнала задатчика участвуют одни и -те же элементы, такие как исполнительный конденсатор, нуль-орган, источник опорного напряжения. Время формирования сигнала рассогласования выбрано таким, что пар метры элементов не успевают изменит ся вследствие их инерции, налрймер тепловой,и значения величин остаютс одинаковыми как при формировании сигналов от термодатчика, так и при формировании сигнала от задатчика температуры. Хотя в течение времени эксплуатации устройства характеристики элементов будут изменяться, но изменения не оказывают влияния на погрешность измерения, В данном слу чае отпадает необходимость в примен нии, например, стабильного источник опорного напряжения, конденсатора и т.д. Формула изобретения 1. Устройство для регулирования температуры, содержащее термодатчик, задатчик температуры, источник опорного напряжения, накопительный конденсатор, нуль-орган, генератор импульсов, формирователь импульсов, первый электронный ключ, через который первый вывод накопительного конденсатора соединен с первым выводом источника опорного напряжения второй вывод которого соединен с вторым выводом накопительного конде сатора, а также с первым входом нул органа и через второй электронный ключ с вторым входом нуль-органу, управляющие входы первого и второго электронного ключа соединены с перв выходом формирователя импульсов, третий электронный ключ, через кото рый первый вывод накопительного кон . 8 , денсатора соединен с вторым входом нуль-органа, а управляющий вход третьего электронного ключа - с вторым выходом формирователя импульсов, вход которого соединен с выходом генератора импульсов, а также исполнительный брган, отличающеес я тем, что, с целью повышения точности устройства при наличии дестабилизирующих факторов, в него введены первые и второй элементы И, четвертый и пятый электронные ключи, блок выделения импульсов и цифровой блок сравнения, причем термодатчик и задатчик температуры соответственно через четвертый и пятый электронные ключи соединены с первым выводом накопительного конденсатора, а управляющие входы четвертого и пятого электронных ключей соединены соответственно с третьим и четвертым выходами формирователя импульсов, пятые и шестые выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входами блока выделения им пульсов, третий и четвертый входы которого соединены с выходом нуль-органа, а выходы блока выделения импульсов соединены через первый и второй элементы И соответственно с входами цифрового блока сравнения, выход коТОР9ГО подключен к входу исполнительного органа, причем вторые входы первого и второго элементов И соединены с выходом генератора импулъсов. 2. Устройство по П.1, отличающееся тем, что формирователь импульсов содержит делитель на два, третий и четвертый элементы И, делитель на целое число, включенный на входе формирователя, причем выход делителя на целое число соединен с входами третьего и четвертого элементов И, входом делителя на два и вторым выходом формирователя, а инверсный выход делителя на целое число - с первым выходом формирователя импульсов, прямой выход делителя на два соединен с пятым выходом формирователя и с вторым входом- четвертого элемента И, выход которого соединен с четвертым выходом формирователя, а инверсный выход делителя на два соединен с шестым выходом формирователя и с вторым входом третьего элемента И, выход которого соединен с третьим выходом формирователя.

3. Устройство по ПП.1 и 2 , отличающееся тем, что блок выделения импульсов содержит пятый и шестой элементы И, входы одного из которых соединены с первым и третьим входами блока, а входы другого, с вторым и четвертым входами блока, выходами которого являются выходы элементов И.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР Н 63952, кл. G 05 О 23/19, 1970.

2.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2595264/18-2,

кл. G 05 D 23/2, 1378 (прототип).