Многоканальный пропорциональный регулятор температуры Советский патент 1982 года по МПК G05D23/19 

1

Изобретение относится к автоматическому зег лированию температуры и может быть использовано, в частно сти, для регулирования .температуры малых объектов в микроэле1 тронике.

Известен одноканальный широтноимпульсный регулятор температуры, содержащий датчик температуры, усилитель постоянного тока, нуль-орган, генератор пилообразного напряжения, формирователь синхронизирующих импульсов, элемент И, формирователь импульсов управления и регулирующий элемент, подключенный к нагревателю Cl ..15

Этот регулятор позволяет по мере приближения к заданной teMnepaType .плавно уменьшать мощность, подводимую к нагревателю, и тем самым обе- о спечитъ допустимую величину перерегулирования температуры.

При однобременном регулировании (ряда объектов используется такое же

число одноканальных регуляторов, что снижает надежность оборудования.

Известен также многозонный бесконтактный регулятор температуры, содержащий датчики и задатчики по числу регулируемых точек, коммутатор, канал регулирования и блок формирования управляющего сигнала, в котором к выходу генератора пилообразного напряжения подключен вход канала поддержания теплового режима, выполненного из последовательно соединенных дифференциального усилителя ti триггера Шмитта, а выход его циклически подключается к объектам регулирования , отключенным от канала регулирования 2 /.

Недостатками этого регулятора являются низкая точность регулирования и низкие динамические показатели процесса регулирования всле.дствие того,что на объекты регулирования, отключенные от канала регулирования, по-, ступают импульсы фиксированной скважности, установленной вручную и не со падающей со значен(ем скважности управляющего воздействий, сформированного каналом регулирования для данно го объекта. Наиболее близким по технической .сущности к изобретению является мног каналь-ный широтно-импульсный регулятор температуры, содержащйй в каждом канале датчик и задатчик температуры подключенные к последовательно соеди ненным ключу, усилителю, пороговому элементу, и исполнительный элемент, коммутатор и генератор пилообразного напряжения, выход которого подклю чен ко входам порогового элемента и коммутатора, выходы которого подключены к управляющим.входам ключей, а также генератор импульсов и в каждом канале элементы ЗАПРЕТ, СОВПАДЕНИЕ, СБОРКА, счетчик импульсов, и триггер, причем вых.од генератора импульсов подключен ко входу элемента ЗАПРЕТ каждого канала, второй вхиД которого соединен с выходом коммутатора, и ко входу одного из элементов СОВПАДЕНИЕ каждого канала, второй вход которого) соединен с вы одрм коммутатора, а третий - с выходом порогового элемента, выход первого«элемента СОВП/ ЕНИЕ подключен к последовательно сое диненным первому .элементу СБОРКА, второй вход которог о соединен с выходом элемента ЗАПРЕТ, счетчику импульсов, вход сброса которого подключен к выходу коммутатора, триггеру, второй вход которого соединен с выходом генератора пилообразного напряжения, второму элементу СБОРКА, второй вход которого подключен к дру гому элементу СОВПАДЕНИЕ, подключенному к выходу коммутатора и к выходу порогового элементаj а выход второго элемента СБОРКА соединен с исполнительным элементом З } Недостатком известного устрбййтва является низкая точность поддержания температуры за счет перерегулирования в те периоды квантования, когда контроль температуры i-ro объекта не приводится. Это перерегулирование те больше, чем больше каналов регулирования в регуляторе и чем меньше масс термостабилизируемого объекта. Цель изобретения - повышение точности регулятора.

Поставленная цель достигается тем, что многоканальный пропорциона.льный

выход - с первыми входами элементов И 15-17, выходы которых связаны с первыми входами элементов 18-20 памярегулятор температуры, содержащий по., числу каналов датчики изадатчики температуры; подключенные через соответствующие последовательно соединенные первые элементы сравнения и электронные ключи к первому входу компаратора, генератор импульсов и генератор синхроимпульсов по числу каналов, исполнительные элементы и элементы И, первые входы которых подключены к выходу Компаратора, а Также коммутатор импульсов, .первые выходы.которого соединены с Ётррыми входами электронных, ключей и соответствующих элементов И, а первый вход - с выходом генератора синхроимпульсов, содержит последовательно соединенные первый и второй счетчики импульсов, последовательно соединенные элементы памяти и вторые элементы сравнения по числу каналов, элемент запрета и цифроаналоговый преобразователь, выход которого соединен с вторым входом коМпаратора, а вход связан с первыми входами элементов памяти и с вторым . выходом первого счетчика импульсов, первый вход которого подключен к выходу генератора импульсов, а второй вход - к выходу генератора синхроимпульсов и к второму входу второго счетчика импульсов, выходом связанно гр с вторыми входами вторых элементов сравнения, первый вход элемента-запрета соединен с первым выходом первого счетчика импульсов, второй входс вторым .входом коммутатора импульсов, а выход - с вторым входом коммутатора импульсов, выходы элементов И подключены к вторым входам соответствующих элементов памяти, а .выходы вторых элементов сравнения связаны с входами.соответствующих исполнительных элементов. На чертеже приведена структурная схема предлагаемого многоканального пропорционального регулятора температуры для трех каналов регулирования. Регулятор содержит датчики 1-3 -Ц задатчики А-6 температуры, соединенные через элементы 7-9 сравнения с первыми входами электронных ключей 10-12 соответственно каждому каналу. Выходы ключей 10-12 подключены к первому входу компаратора, 13 второй вход которого соединен с цифро-аналоговым преобразователем 14 (ЦАП), а ти соответствующих каналов. Выходы элементов 18-20 подключены к первым входам элементов 21-23 сравнения, вторые входы которых соединены с выходами второго счетчиь а 2 импульсов а выходы - со входами исполнительных элементов 2.5-27. Выход генератора 28 импульсов связан с первым входом первого счетчика 29 импульсов, первы выход которого соединен с первым вхо дом второго счетчика 2 импульсов и элемента 30 запрета, выходом соединенного со вторым входом коммутатора 31, первые выходы которого подключены ко вторым входам ключей 10-12 и элементов 15-17, а второй выход - ко второму входу элеменча 30. Выход генератора 32 синхроимпульсов соединён со вторым входом счетчика 29, вторым входом счетчика 2k и первым входом коммутатора 31. Регулятор работает следующим обра зом. Допустим, коммутатор 31 подключил к компаратору 13 через -ключ 10 элемент 7 первого канала регулирования. Выходной сигнал элемента 7 пропорциональный разности между заданной задатчиком Л и действительной температурой с датчика 1, поступает на вход компаратора 13- Одновременно счетчик 29 считает импульсы с выхода тенератора 28. Возрастающий цифровой код с выхода счетчика 29 поступает на вход цифро-аналогового преобразователя 14 и на входы элементов 18-20 .представляющие, собой, например, регистры с параллельной записью данных На выходе цифро-аналогового преобразователя 14 формируется ступенчатое напряжение, которое сравнивается компаратором 13 с разностным лом с выхода элемента 7. При совпаде нии входных величин компаратор 13 формирует импульс у поступающий на входы элементов 15-17, и при наличии разрешающего сигнала на первом выходе коммутатора 31 на выходе элемента 15 появляется сигнал разрешения записи в элемент 18 текущего значения цифрового, на выходе счетчика 29 Значение этого кода будет обратно пропорционально разности между заданной и действйт.ельной температурами по первому каналу. Разрядность счетчика 29 и цифро-аналогового преобразователя 14-выбирается исходя из требуемой погрешности измерения температуры, вызванной дискретностью 16 цифро-аналогового преобразователя 14, Так,.при восьмиразрядном счетчике 29 цифро-аналоговый преобразователь 14 выдает ступенчатое напряжение с 256 дискретами. При переполнении счетчика 29 импульс с выхода переноса поступает на вход счётчика 24 и на вход элемента 30,на втором входе которого отсутствует сигнал запрета. Выходным сигналом элемента 30 коммутатор 31.переводится в следующее состояние, подключая ккбймутатору 13 через ключ 11 второй канал измерения разности температур, состоящий из датчика 2, задатчика 5 и элемента 8, Кроме того,/ коммутатор 31 разрешает прохождение импульса разрешения записи с выхода компаратора 13 через элемент Гб на управляющий вход элемента 19. в который записывается значение цифрового кода с выхода счьтчика 29, соответствующего разности заданной и действительной температур во втором канале регулирования:. Очередным импульсом переполнения счетчик 29 через элемент 30 переводит в очередное положение коммутатор 31,который подключает к компаратору 13 через ключ 12 выход элемента 9 третьего канала регулирования. Кроме того, выходной коммутатора 3 разрешает прохождение через элемент 17 команды разрешения Записи с выхода компаратора 13 на управляющий вход элемента 20, в который записывается цифровой код с выхода счетчика 29, соответствующий разности температур по третьему каналу регулиров.ания. Очередным импульсом переполнения счетчик 29 через элемент 30 переводит коммутатор 31 в очередное, четвертое состояние. Выходной сигнал с четвертого выхода коммутатора 31 поступает на управляющий вход элемента 30,/который запрещает прохождение последующих импульсов переполнения с выхода счетчика 29 на вход коммутатора 31. При этом на управляющих входах элементов отсутствуют разрешающие сигналы и информация, записанная в элементы 18-20, остается неизменной. Поскольку информация с выхода счетчика 29 не считывается, то этот счетчик в дальнейшем работает в качестве делителя частоты импульсов, поступа1ющих с генератора 28, При этом счетчик 24 продолжает считать импульсы переполнения с выхода 7 - счетчика 29. Параллельный код с выхо да счетчика 2 поступает на вторые входы элементов.21-23 всех каналов регулирования, на первые входы кото рых 21-23 подаются цифровые коды с выходов элементов 18-20 соответственно. Счетчик имеет ту же разряд ность, что и счетчик 29 и определяе дискретность квантования периода синхронизации. Элементы 21-23 произ водят сравнение входных кодов и при превышении значения цифрового кода на их вторых входах над значением цифрового кода на первых входах на выходе.элементов 21-23;появляется сигнал, включающий дополнительный элемент соответственно, который остается включенным до прихода из источника синхронизирующих импульсов 32 импульса сброса, приводя щего в исходное состояние коммутато 31 и счетчики 24 и 29. Коммутатор 3 устанавливается в состояние, разрешающее регулирование по первому Каыалу, и процесс регулирования повто ряется. При изменении температуры регули руемого объекта, будет изменяться значение цифрового кода, запоминаемого в соответствующем запоминающем устройстве. Ил следовательно, Изменяется длительность импульса, посту пающего на вход соответствующего ис полнительного элемента. ; Исходя из разрядности счетчиков 24 и 29 и частоты синхронизирующих импульсов, с выхода генератора 32 выбирается рабочая частота генерато ра 28 импульсов. Так, при питании нагревателей напряжением частотой 50 Гцчастотаимпульсов синхрониза|ции будет 100 Гц. При разрядности (счетчиков 24 и 29, равной восьми, суммарный коэффициент деления часто ты обоих счетчиков равен 65536, и частота генератора 28 импульсов дол на быть равной 6,5536 МГц. Использование многоканального пропорционального регулятора температуры в установках для сборки полу проводниковых приборов и интегральных схем позволяет повысить процент выхода годных изделий за счет повышения точности регулирования и кач ства переходных процессов. Это обусловлено тем, что регулятор обеспечивает по каждому каналу подачу на нагреватель энергии, пропорциональной разности заданной и действитель 8 1 ной температур в каждый полупериод I питающего нагреватель напряжения. Формула изобретения Многоканальный пропорциональный регулятор температуры, содержащий по числу.каналов датчики и задатчи,ки температуры, подключенные через соответствующие последовательно соединенные первые элементы сравнения и электронные ключи к первому входу компаратора, генератор импульсов и генератор синхроимпульсов по числу каналов, исполнительные элементы и элементы И, первые входы которых подключены к выходу компаратора, а также коммутатор импульсов, первые выходы которого соединены с вторыми входами электронных ключей и.соответствующих элементов И, а первый входс выходом генератора Синхроимпульсов, о т л и ч а ю щ и и ,с я , тем, что, с целью повышения точности регулятора, он содержит последовательно соединенные первы и второй счетчики им пульсов, последовательно соединенные элемейты памяти и вторые элементы сравнения по- числу каналов, элемент запрета и Цифро-аналоговый ripeобразователь, выход которого соединен с вторым входом компаратора, а вхор, связан с первыми входами, элементов памяти и с вторым выходом первого счетчика импульсов, первый вход которого подключен к выходу генератора импульсов,,а второй вход - к выходу генератора синхроимпульсов и к второму входу второго счетчика импульсов, выходом связанного с вторыми входами вторых элементов сравнения, первый вход элемента запрета соединен с первым выходом первого счетчика имлульсов, второй вход - с вторым выходом коммутатора импульсов, а выход с вторым входом j oMMyTaTOpa -импульсов, выходы, элементов И подключены к вторым входам соответствующих элементов памяти, а выходы вторых элементов сравнения связаны с входами соответствующих исполнительных элементов. Источники информации, принятые во вынимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 491123, кл. G 05 D 23/19, 1974. 2.Авторское свидетельство СССР № 206201, кл. G 05 D 23/19, 1966. 3- Авторское свидетельство СССР № 614429, кл. G 05 D 23/19, 1975 (прототип).