Устройство для регулирования температуры Советский патент 1982 года по МПК G05D23/19 

Изобретение относится к термостат рованию (терморегулированию). Известен регулятор, температуры, с держащий датчик температуры, подключенный параллельно к трем операционным усилителям, выходы которых подключены к входам блока формирования управляющего сигнала, выход которого соединен с входом тиристорного испол нительного устройства. Этот и подобные регуляторы температуры имеют две и более ступени регулирования. С каж дой ступенью уменьшается мощность, подводимая к нагревательному элементу, чем обеспечивается более плавный подход к заданной температуре l . Однако из-за дискретности регулирования подводимой к нагревателю мощности перерегулирование остается достаточно большим. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является про порциональный регулятор температуры, содержащий датчик температуры. усилитель постоянного тока, нульорган, генератор пилообразного напряжения, формирователь синхронизирующих импульсов, элемент совпадения, формип рователь импульсов управления и регулирующий элемент, подключенный к нагревательному элементу. В этом терморегуляторе сигнал с датчика температуры усиливается усилителем постоянного тока. Усиленный сигнал поступает на вход нуль-органа, к второму входу которого подключен генератор пилообразного напряжения, а выход подключен к одному из элемента совпадения. К второму входу элемента совпадения подключен формирователь синхронизирующих импульсов, а выход элемента совпадения подключен к формирователю импульсов управления, выход которого подключен к входу регулирующего элемента 2. Описанный пропорциональный регулятор температуры позволяет по мере приближения к заданной температуре 39 плавно уменьшать мощность, подводимую к нагревательному элементу и тем самым значительно снизить перерегулирование, однако не обеспечивает высокой точности регуглирования. Цель изобретения - повышение точности устройства. Поставленная цель достигается тем что в устройство для регулирования температуры, содержащее задатчик температуры, формирователь синхроимпульсов и последовательно соединенные датчик температуры, усилитель компаратор, формирователь импульсов управления, регулирующий элемент и нагреватель, введены последовательно соединенные вычитатель, блок памяти генератор тактовых импульсов и цифро-аналоговый преобразователь, управляющий вход которого связан с выходом формирователя синхроимпульсов, первый выход - с первым входом вычитателя, второй выход - с вторым входом компаратора, выходом подключенного к управляющему входу блока памяти, причем выход задатчика температуры соединен с вторым выходом вычитателя. На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства для регулирования температуры; на фиг. 2 - временные диаграммы его работы. Устройство для регулирования температуры (фиг.1) содержит задатчик 1 температуры, вычитатель 2, блок 3 памяти, генератор А тактовых импульсов, цифро-аналоговый преобразовател 5, компаратор 6, формирователь 7 импульсов управления, формирователь 8 синхроимпульсов, регулирующий элемент 9, нагреватель 10., датчик 11 температуры, усилитель 12. Устройство для регулирования темп ратуры работает следующим образом. В момент включения устройства регулирования цифро-аналоговый преобразователь 5 устанавливается в исходное состояние и на первом выходе его устанавливается нулевое значение кода, поступающего на первый вход вычитателя 2. На втором входе вычита теля 2 присутствует код, значение которого соответствует заданной задатчиком 1 температуре. При этом на выходе вычитателя 2 формируется разностный код, значение которого макси мально и соответствует разности колов заданного задатчиком 1 и нулевого с выхода цифро-аналогового преобразователя 5. Этот разностный код записывается в блок 3 памяти импульсом установки в исходное, формируемым в блок 3 памяти в первоначальный момент включения устройства регулирования. Длительность импульса установки в исходное цифро-аналогового преобразователя 5 и блока 3 памяти выбирается несколько большей длительности переходных процессов, возникающих при включении устройства регулирования. С выхода блока 3 памяти записанный разностный код поступает на управляющий вход генератора k тактовых импульсов. Период следования тактовых импульсов (фиг.2а) йа выходе генератора t зависит от значения кода на управляющем входе и при максимальном значении этого кода определяется условием где min - минимальный период следования тактовых импульсов;Т - период питающего нагреватель напряжения; N - разрядность цифро-аналогового преобразователя (максимальное число ступеней на выходе цифроаналогового преобразователя) . Формирователь 8 синхроимпульсов вырабатывает последовательность синхроимпульсов фиг.2б) с периодом следованияТ/З, формируемый в момент перехода через ноль напряжения, питающего нагреватель 10.. При питании нагревателя 10 напряжением частотой 50 Гц период следования синхроимпульсов составит 10 мс. Каждый синхроимпульс, поступая на управляющий вход цифро-аналогового преобразователя 5, устанавливает последний в нулевое (исходное) состояние, а по окончании синхроимпульса на первом выходе цифро-аналогового преобразователя 5 вырабатывается возрастающий с тактовой частотой, определяемой генератором тактовых импульсов 4, код, а на втором выходе возрастающее с той же тактовой частотой ступенчатое напряжение (фиг. 2в - 1) , поступающее на второй вход компаратора 6 (фиг.1). На первом входе компаратора 6 присутствует усиленный усилителем 12 сигнал с датчика 11 температуры (фиг.2в - 2) , Ком паратор 6 производит сравнение двух входных сигналов и в момент их равен ства формирует на своем выходе импульс (фиг.2г) , поступающий на вход формирователя 7 импульсов управ ления (фиг.1) , вырабатывающего управляющий сигнал {фиг.2д) на открь вание регулирующего элемента 9 (фиг 1) , через который запитывается нагр ватель 10. По окончании управляющего сигнала регулирующий элемент 9 закрывается и прохождение тока через нагреватель 10 прекращается. Кроме того, импульс с выхода компаратора 6 поступает на управляющий вход блока 3 памяти, по которому производится запись мгновенного значения разностного кода, соответствующего разности значений кодов заданной и действительной температур во время соответствующего периода синхронизации. По мере приближения действительной температуры к заданно му уровню увеличивается уровень ступенчатого напряжения, при котором наступает равенство входных величин на входах компаратора 6, что приводит к увеличению фазового сдвига импульса на выходе компаратора 6 относительно синхроимпульса. Кроме тог увеличение фазового сдвигаСу(фиг.2г) по мере приближения к заданной темпе ратуре вызывается уменьшением крутиз ны ступенчатого напряжения на выходе цифро-аналогового преобразователя 5 что является следствием уменьшения частоты следования импуль сов на выходе генератора k тактовых импульсов. Уменьшение частоты тактовых импульсов происходит вследствие уменьшения значения разностного кода, поступающего на управляющий вход генератора тактовых импульсов с выхода блока 3 памяти. По мере приближения к заданной температуре значение разностного кода стремится к нулевому. При этом период следования тактовых импульсов стремится к величинеТI- max 2N т.е. увеличивается в N раз по отношению к начальному значению miп , Следовательно максимальная дл1итель-. ность нарастания ступенчатого напря жения на выходе цифро-аналогового преобразователя 5 стремится к величинеТ/2, т.е.к величине периода синхронизации. Увеличение фазового сдвига импульсов на выходе компаратора 6 за счет уменьшения крутизны ступенчатого напряжения на выходе цифро-аналогового преобразователя 5 в сочетании с обычным фазовым регулирования позволяет изменять крутизну нарастания температуры от максимальной в начальный момент разогрева до минимальной крутизны а момент выхода температуры на заданный уровень, что сокращает время разогрева при минимальном перерегулировании. Использование устройства для регулирования температуры с автоматическим регулированием крутизны нарастания температурного импульса в сборочном оборудовании микроэлектронного производства позволяет сократить время сборочных операций при высокой точности поддержания температурных режимов технологического процесса. Формула изобретения Устройство для регулирования температуры, содержащее задатчик температуры, формирователь синхроимпульсов и последовательно соединенные датчик температуры, усилитель, компаратор, формирователь импульсов управления, регулирующий элемент и нагреватель, отличающеес я тем,что, с целью повышения точности устройства, оно содержит последовательно соединенные вычитатель, блок памяти, генератор тактовых импульсов и цифро-аналоговый преобразователь, управляющий вход которого связан с выходом формирователя синхроимпульсов, первый выход - с первым входом вычитателя, второй выход с вторым входом компаратора, выходом подключенного к управляющему входу блока памяти, причем выход задатчика температуры соединен с вторым входом вычитателя. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 52593+, кл. G 05 D , 23/19,1975. .2. Авторское свидетельство СССР № it91123, кл. G 05 О , 23/19, 197. (прототип).

uz,1

«

,А