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

(5) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ

1

Изобретение относится к автоматическому регулированию температуры, а более конкретно к регулированию температуры в термостатах кристаллизаторов в процессе выращивания монокристаллов.

Известны цифровые регуляторы, использующие принципы непосредственного цифрового управления исполнительными органами-тиристорами. В этом случае изменение мощности в нагрузке происходит только дискретно, с определенным шагом квантования по уровню и по времени, т.е. такие результаты относятся к классу импульсных 1.

В известных тиристорных регуляторах температуры применяются различные виды импульсной модуляции: широтно-импульсная, частотно-импульсная, число-импульсная. Однако они не обладают достаточной точностью.

Известен широтно-имп.ульсный цифровой регулятор температуры, обеспечивающий дискретно-ступенчатую передаточную характеристику. Он содержит последовательно соединенные задатчик и блок сравнения, последовательно соединенные генератор, усилитель мощности и исполнительный блок, первый, второй и третий датчики, последовательно соединенные формирователь импульсов и счетчик импульсов, три|-

10 гер и элемент ИЛИ.

В этом устройстве реализован широтно-импульсный метод управления тиристором с постоянным периодом регулирования Тр, т.е. мощность в нагрузке изменяется в зависимости от скважности импульсов управления, причем передний фронт импульса управления ьч всегда совпадает с началом периода регулирования Тр 2.

20 Указанное устройство имеет следующий недостаток - распределение мощности, коммутируемой регулятором, внутри периода регулирования Тр происходит неравномерно, так как однозначно определяется длительностью импульса управления Т. Этот фактор ухудшает динамику системы автоматического регулирования и приводит к увеличению динамической ошибки регулирования температуры. Целью изобретения является повышение точности устройства для регулирования температуры. Поставленная цель достигается тем что в устройство для регулирования температуры, содержащее первый, второй, третий датчики и задатчик температуры, формирователь импульсов и соединенные последовательно элемент ИЛИ, генератор импульсов, усилитель мощности и тиристорный исполнительный орган, причем второй датчик температуры соединен с вторым входом эл мента ИЛИ, а третий - с вторым входом генератора импульсов, введены подключенные между выходом формирова теля импульсов и первым входом элемента ИЛИ и соединенные последовател но счетчик импульсов с переменным коэффициентом деления, вторым входом соединенный с выходом задатчика температуры, и элемент И, вторым входом связанный с первым датчиком температуры. . На чертеже приведена структурная схема..устройства для регулирования температуры. В состав устройства входят (рервый датчик 1 температуры, элемент И 2, элемент ИЛИ 3, генератор t импульсов, усилитель 5 мощности, формирователь 6 импульсов, счетчик 7 с пере менным коэффициентом деления, второй датчик 8 температуры, третий датчик температуры, исполнительный орган 10 задатчик 11 температуры, объект 12 регулирования. Устройство работает следующим образом. Прямоугольные импульсы частотой fj, 50 Гц с выхода формирователя 6 поступают на вход 6-разрядного двоич ного счетчика 7 с переменным коэффи.циентом деления. Таким образой, период регулирования определяется по формуле Тр 4- 2 20ms - 64 : 1280 ms 1,28с. . (1) Количество импульсов управления Пч, на выходе счетчика 7 за период регулирования определяется двоичным кодом, поступающим на его управляющие входы с выхода задатчика 11, Пх, 32Уэ-2- 1бУ +8Ув - 4 + + 2V,-н W ,(2) где V ,V4 , - признак присутствия сигнала управления на управляющих входах счетчика 7. Импульсы управления с выхода счетчика 7 поступают на первый вход элемента И 2, второй.вход которого соединен с датчиком 1 температуры. Если измеренная температура меньше заданной, на втором входе элемента И 2 появляется сигнал,разрешающий прохожде|4ие сигналов управления на первый вход элемента ИЛИ 3- Далее сигналы управления поступают на первый вход генератора 4 и возбуждают его, формируя импульсы запуска исполнительного органа 10 (тиристора или симистора). Эти импульсы запуска поступают на вход усилителя.5 мощности, усиливаются до необходимого уровня и воздействуют наисполнительный орган 10, осуществляя приток энергии в объект 12 регулирования и нагревая его. При достижении температуры заданного значения на выходе первого датчика 1 появляется сигнал, запрещающий прохождение импульсов управления через элемент И 2, тем самым приток энергии в объект 12 регулирования прекращается, и его температура снижается до заданного значе(ия. Уровень мощности, коммутируемый регулятором в нагрузку, однозначно определяется количеством импульсов управления может изменяться дискретно путем изменения значения двоичного кода на выходе задатчика 11 р rncix К9(S v -pr-n:, 0,015бР.„.п , где . значение максимальной мощности, обеспечиваемой регулятором на нагрузке. Из выражения (З) видно, что минимальный шаг изменения мощности на нагрузке составляет 1,5 т.е. настройка регулятора на оптимальное значение мощности может осуществляться весьма точно. К второму входу элемента ИЛИ 3 подсоединен второй датчик 8 температуры, настроенный на нижнее предельное значение температуры. Если по каким-либо причинам температура

объекта снизилась до этого значения, на втором входе элемента ИЛИ 3 появляется постоянный сигнал, возбуждающий генератор . При этом в объек подается максимально возможная мощность, т.е. с помощью второго датчика 8 осуществляется режим форсированного нагрева. Когда температура объекта 12 достигает значения, заданного вторым датчиком 8, форсированный нагрев прекращается и регулирование температуры осуществляется только первым датчиком 1 по описанному алгоритму.

К второму входу генератора подсоединен третий датчик 9 температуры настроенный на верхнее предельное значение температуры. Если по какимлибо причинам температура объекта повысилась до этого значения, на втором входе генератора Ц появляется сигнал, блокирующий формирование импульсов запуска независимо от состояния его первого входа. Тем самым подача энергии в объект прекращается т.е. третий датчик 9 предотвращает предельный перегрев объекта.

Изобретение позволяет уменьшить динамическую ошибку регулирования в термостате кристаллизатора не менее, чем в два раза.

Кроме того, аппаратурные Затраты на реализацию устройства уменьшаются вдвое по сравнению с прототипом за счет исключения из структурной схемы блока сравнения и применения в качестве счетчика с переменным коэффициентом деления одной микросхемы К155ИК8.

Таким образом, использование устройства позволяет повысить качество регулирования температуры при одновременном сокращении аппаратурных затрат.

Формула изобретения

Устройство для регулирования температуры, содержащее первый, второй третий датчики и задатчик температуры, формирователь импульсов и соединенные последовательно элемент ИЛИ, генератор импульсов, усилитель мощности и тиристорный исполнительный орган, причем второй датчик температуры соединен с вторым входом элемента ИЛИ, а третий - с вторым входом генератора импульсов, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, оно содержит подключенные между выходом формирователя импульсов и первым входом элемента ИЛИ и соединенные последовательно счетчик импульсов с переменным коэффициентом деления, вторым вхдом соединенный с выходом задатчика температуры, и элемент И, вторым входом связанный с первым датчиком температуры.

Источники информации,принятые во внимание при экспертизе

1.Скартени В.А. и др. Тиристорные цифровые регуляторы температуры Киев, Техника, 1979, с. 35.

2.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2 4835 5/lB-2,

кл. G 05 D 23/19, 1977 (прототип).