устройство для регулирования температуры

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ, содержащее датчик температуры, подключенный через аналого-цифровой преобразователь к первому входу сумматора, к второму входу которого подключен задатчик температуры, а к выходу - преобразователь кода разности, также блок управления, генератор тактовой частоты и исполнительный элемент, на выходе которого установлен нагреватель, отличающееся тем, что блок управления содержит канал деления с постоянным коэффициентом, канал деления с переменным коэффициентом, состоящий из двух последовательно соединенных управляемых делителей частоты, на втором входе второго из которых установлен задатчик уровня мощности, а также последовательно соединенные RS-триггер и элемент совпадения, причем управляющий вход первого управляемого делителя частоты соединен с выходом преобразователя кода разности, а тактовый вход - с выходом генератора тактовой частоты, соединенным также с тактовым входом канала деления с постоянным коэффициентом, выход которого соединен с установочным входом R-триггера, вход запуска которого подключен к выходу второго управляемого делителя частоты, при этом выход переполнения сумматора соединен с запрещающим входом элемента совпадения, к выходу которого подключен вход исполнительного элемента.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройствам для автоматического регулирования температуры различных объектов в любых областях техники.

Известен регулятор температуры [1], содержащий последовательно соединенные элемент сравнения, к входам которого подключены датчик и задатчик температуры, гальванометр, блок управления, делитель частоты тактовых импульсов, к второму входу которого подключен первый выход генератора тактовых импульсов, фазовый анализатор, другим входом связанный с вторым входом блока управления, и реверсивный счетчик, а также включенные последовательно цифроаналоговый преобразователь, усилитель мощности и исполнительный элемент, причем к второму выходу генератора тактовых импульсов подключены соединенные последовательно первый ключевой элемент, двоичный счетчик, второй ключевой элемент и сумматор, другой вход которого связан с выходом реверсивного счетчика, 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 управления.

Недостатками известного регулятора являются сложность его конструкции и низкая надежность, вызванная применением гальванометра и фотоприемников. Высокую точность данный регулятор может обеспечить только в лабораторных условиях, так как гальванометр является очень высокочувствительным прибором.

Наиболее близким к изобретению является устройство для регулирования температуры [2] , содержащее нагреватель, датчик и задатчик температуры, вычитатель, формирователь синхроимпульсов, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и блок управления с делителем с переменным коэффициентом деления. Преимуществом этого устройства по сравнению с аналогом является простота конструкции.

Недостаток устройства заключается в том, что при уменьшении разницы между заданной и реальной температурами нагрева происходит увеличение коэффициента деления, что приводит к постоянному снижению мощности нагрева, начиная с момента включения устройства. Это приводит к увеличению времени разогрева до заданной температуры, снижению экономичности. Кроме того, при недостаточной теплоизоляции камеры нагрева ее не удается нагреть до заданной температуры даже за длительный период времени. Недостатком устройства является также невозможность регулирования мощности нагрева для обеспечения разных температурных режимов нагревательных камер или печей. Указанные недостатки существенно снижают точность нагрева.

Изобретение направлено на решение задачи уменьшения времени разогрева камеры и одновременно увеличения точности нагрева, а также регулирования мощности нагрева для получения в камере разных температурных режимов с высокой точностью поддержания заданной температуры.

На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого устройства для регулирования температуры.

Устройство содержит задатчик 1 температуры и последовательно соединенные датчик 2 температуры, АЦП 3 с преобразователем 4 кода на выходе, выход которого соединен с одним из входов сумматора 5, другой вход сумматора 5 связан с задатчиком 1 температуры. Один из выходов сумматора 5 соединен с преобразователем 5 кода разности, выход которого соединен с входом управления первого делителя 7 с переменным коэффициентом деления. Выход делителя 7 соединен с входом делителя 8 с переменным коэффициентом деления, вход управления которого соединен с задатчиком 9 уровня мощности. Делители 7 и 8, а также задатчик 9 уровня мощности образуют канал с переменным коэффициентом деления, соединенный с одним из входов RS-триггера 10. Вход делителя 7 соединен с выходом генератора 1 тактовой частоты. Выход генератора тактовой частоты также связан с последовательно соединенными делителями 12 и 13 с постоянным коэффициентом деления, образующими канал с постоянным коэффициентом деления, выход которого соединен с вторым входом RS-триггера 10. Выходы триггера 10 и сумматора 5 соединены с входами элемента 14 совпадения, выход которого соединен с исполнительным элементом, образованным последовательно соединенными ключом 15 управления, симисторным коммутатором 16 и нагревателем 18. Для визуального наблюдения за величиной температуры в камере нагрева АЦП 3 связан с цифровым к индикатором 17.

Устройство работает следующим образом.

В момент включения устройства сигнал датчика 2 температуры поступает на вход АЦП 3, на выходе которого формируется цифровой семисегментный код, индицирующийся на цифровом табло 17. Затем семисегментный код поступает на преобразователь 4 семисегментного кода в двоично-десятичный параллельный код. Преобразователь выполнен на ПЗУ. Сравнение кодов с датчика и задатчика 1 температуры производится в сумматоре 5. Постоянное изменение кода на выходе сумматора преобразуется в код разности преобразователем 6, реализованным на ПЗУ. Код разности поступает на блок управления мощности, состоящий из двух каналов деления: первый с постоянным, второй с переменным коэффициентами деления. На оба канала деления поступает тактовая частота f_т с генератора 11. При этом во втором канале деления первый делитель 7 имеет переменный коэффициент деления К₁= 1-10, причем К₁= 10 при Т Т_x^oС, а при Т < Т_x^oС коэффициент деления начинает автоматически уменьшаться от 10 до 1 в зависимости от разницы температур Т, где Т - разность между заданной и действительной температурами, т.е. Т = Т_з - Т_д , а Т_x - величина Т, заложенная в данную конструкцию. Отсюда видно, что плавная автоматическая регулировка мощности в пределах 10-100% от заданной ручным задатчиком 9 может осуществляться только при Т < Т_x^oС.

На втором делителе 8 с переменным коэффициентом деления ручная регулировка мощности осуществляется путем установки значения мощности от 10 до 100% на задатчике 9 уровня мощности. Задатчик уровня мощности работает в параллельном коде совместно с делителем 8, К₂= 1-10.

Результат деления - логический "0" воздействует на второй вход RS-триггера 10 и опрокидывает его. На инверсном выходе RS-триггера появляется логическая "1", которая через элемент 14 совпадения воздействует на ключ 15 управления, симисторный коммутатор 16, выключая нагреватель 18.

Общий коэффициент деления второго канала меньше или равен коэффициенту деления первого канала, состоящего из делителей 12 и 13 с общим коэффициентом деления К_д = 100. Поделенная частота с делителя 13 приходит на первый вход RS-триггера и возвращает его в исходное положение. Сигнал с выхода триггера 10 через элемент 14 совпадения, ключ 15, симисторный коммутатор 16 включает нагреватель 18. Время включения RS-триггера и является временем работы нагревателей.

По достижении температурой заданной величины на второй вход элемента 14 совпадения приходит сигнал о переполнении сумматора 5 и на выходе элемента совпадения устанавливается уровень, запрещающий работу ключа 15 управления симисторного коммутатора 16 и нагревателя 18. Таким образом, сигнал RS-триггера через элемент совпадения воздействует на ключ 15 управления до тех пор, пока на втором входе элемента совпадения по достижении заданной температуры не появится сигнал запрещения с сумматора 5.

Предельное упрощение конструкции одновременно обеспечивает уменьшение времени разогрева камеры, а также увеличение точности нагрева и регулирования мощности нагрева для получения в камере разных температурных режимов с высокой точностью поддержания заданной температуры.