Регулятор температуры

 

РЕГУЛЯТОР ТЕМПЕРАТУРЫ, содержащий датчик и задатчик, включенные в смежные плечи, измерительного моста, первый усилитель, усилитель мощности и последовательно соединенные компаратор и релейный элемент , через группы контактов которого термобатарея подключена к источнику питания и к выходу усилителя мощности, о тлич ющийся тем, что, с целью повышения точности регулятора, он содержит второй усилитель , коммутатор и задающий резистор , включенный между постоянными резисторами измерительного моста и инвертирующим входом первого усилителя и неинвертирующим входом второго усилителя , при этом другие входы усилителей подключены к точке соединения датчика и задатчика, а выходы усилителей соединены с входами компаратора и ко мутатооа, выход котоиого подш ключен к входу усилителя мощности, а управляющий вход - к второму выходу компаратора. со 4: Фиъ.1

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) 3(51) G 05 D 23/19 госудАРственный комитет сссР пО делАм изОБРетений и ОтнРцтий

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3386008/i 8-24 (22) 22.01.82 (46) 23.05.83. Вюл. 9 19 (72) О.Д.Ванов и В.И.Мальцев (71) Государственное специальное конструкторское бюро теплофизического приборостроения (53) 621.555.6(088.8) (56 ) 1. Коленко Е.А. Термоэлектрические охлаждающие приборы. М., "Наука", 1967, с. 183.

2. Вайнер A.Л. и др. Термоэлектрический термостат.-"Вопросы радиоэлектроники", сер. ТРТО, 1975, У 1 (прототип). (54)(57 ) РЕГУЛЯТОР ТЕМПЕРАТУРЫ, содержащий датчик и задатчик, включенные в смежные плечи. измерительного моста, первый усилитель, усилитель мощности и последовательно соединен- ные компаратор и релейный элемент, через группы контактов которого термобатарея подключена к источнику питания и к выходу усили- теля мощности,отличающийся тем, что, с целью повышения точности регулятора, он содержит второй усилитель, коммутатор и задающий резис тор, включенный между постоянными резисторами измерительного моста и инвертирующим входом первого усилителя

H неинвертирующим входом второго усилителя, при этом другие входы усилителей подключены к точке соединения датчика и задатчика, а выходы усилителей соединены с входами компарато- @ ра и коммутатора, выход которого подключен к входу усилителя мощности, а управляющий вход — к второму выходу компаратора. С:

1019407

Изобретение относится к регулированию температуры объектов техники, а более конкретно — к устройствам, в которых в качестве испытательного элемента используется термобатарея, работающая в режиме нагрева и охлаж 5 дения в зависимости от полярности прикладываемого напряжения.

Известен регулятор температуры с термообработкой, работающей в режиме нагрева и охлаждения, в кетовом дат- 10 чики температуры и два терморезистора включены в мостовую схему. Разбаланс моста усиливается усилителем и подается на реле, которое изменяет направление питающего термобатарею то- 5 ка, переводя ее из режима охлаждения в режим нагрева (1 ).

Недостатками регулятора являются низкая точность и различная величина коэффициента передачи при работе регулятора в режиме охлаждения и нагрева.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является регулятор тем ературы, содержащий датчик, термореэистор, включенный в плечо резистивного моста, усилитель сигнала рассогласования в виде интегрального усилителя постоянного тока, пропорциональный усилитель мощности, регулирующий ток в ЗО термобатарее, подключенной к усилителю мощности через контакты реверсирующего реле (переключатель полярности ), управляемого компаратором, подключенным к выходу усилителя сиг- 35 нала рассогласования и источнику опорнс:го напряжения (2 3.

Точность поддержания температуры такого регулятора определяется коэффициентом передачи замкнутой системы поддержания температуры, т.е. коэффициентами передачи отдельных звеньев. Однако коэффициент передачи термобатареи зависит от режима ее работы. 45

Так работа термобатареи в режиме охлаждения описывается равенством а работа в режиме нагрева 50 — э+" - 2g )<(y = T ) (2)

Т г 2 Г Х где Я - количество теплоты„поглощаемое термобатареей в режиме охл ажде ни я

55 количество теплоты, выделяет мой термобатареей в режиме нагрева;

el,Ì вЂ” постоянные коэффициенты;

7 — температура горячего или теп- 6(}

r ловыделяющего слоя термобатареи;

T — температура холодного или теплопоглощающего слоя термобатареи; 65

З вЂ” ток термобатареи, Р— активное сопротивление термобатареи.

За счет выделения мощности (а . Р) коэффициенты передачи в режиме нагрева и охлаждения различаются в несколько раз. Регулятор проектируется по максимальному коэффициенту передачи системы в границах ее устойчивости, и при работе в режиме охлаждения погрешность регулирования имеет большее значение, чем в режиме нагрева, за счет различия коэффициентов передачи.

Цель изобретения — повышение точности регулятора.

Поставленная цель достигается тем, что регулятор температуры, содержащий датчик и эадатчик, включенные в смежные плечи измерительного моста, первый усилитель, усилитель мощности и последовательно соединенные компаратор и релейный элемент, через группы контактов которого термобатарея подключена к источнику питания и к зыходу усилителя мощности, содержит зторой усилитель, коммутатор и задающий резистор, включенный между постоянными резисторами измерительного моста и инвертирующим входом первого усилителя и неинвертирующим входом второго усилителя, при этом другие зходы усилителей подключены к точке соединения датчика и задатчика, а выходы усилителей соединены с входами компаратора и коммутатора, выход ко-орого подключен к входу усилителя мощности, а управляющий вход — к второму выходу компаратора.

На фиг.1 показан- блок-схема регулятора температуры; на фиг.2 эпюры, показывающие изменение выходных напряжений усилителей коммутатора и компаратора от температуры.

Регулятор содержит измерительный мост 1, сос-.îÿùèé иэ датчика 2 (температуры ), задатчика 3, постоянных резисторов 4-5 и задающего резистора б, первого усилителя 7, состоящего из операционного усилителя 8 и ре:-истора 9 обратной связи, второго усилителя 10, состоящего из операционного усилителя 11 и резистора

12 обратной связи; коммутатор 13, усилитель 14 мощности, компаратор 15, релейный элемент 1б с группами контактов 17 и термобатарею 18.

Регулятор работает следующим образом.

Датчик 2 температуры установлен на объекте термостатирования и включен в плечо измерительного моста 1, а в другие плечи моста включены задатчик 3 температуры, резисторы.4-6, причем выходное напряжение моста, зависящее от температуры, поступает на входы усилителей 7 и 10. Выходные сигналы усилителей сравниваются между

1019407 собой на компараторе 15, а также по-. даются на входы коммутатора 13. В момен равенства выходных напряжений усилителей 7 и 10 ("вь! 7 = еых 10 j, срабатывает компаратор 15, а затем . коммутатор 13 в соответствии с сигналом компаратора 15 подключает к выхоpLy усилителей 7 или Х0 усилитель 14 мощности. усиленный по мощности сигнал подается через пару нормально замкнутых контактов 17 на термобатарею 18, 10 которая начинает работать в режиме

"Нагрев". Если ток проходит через другую пару контактов (нормально разомкнутых ) 17, то направление тока в термобатарее 18 меняется на противоположное и термобатарея 18 начинает работать в режиме "Охлаждение".

3а счет того, что первый (инвертирую- . щий ) вход операционного усилителя 8 соединен с общей точкой резисторов О

4 и б, а второй вход (неинвертирующий }операционного усилителя 11 соединен с общей точкой резисторов 6 и

5 а остальные входы усилителей 8 и

11 соединены с общей точкой датчика

2и эадатчика 3, выходные характеристики усилителей 7 и 10 инверсны и смещены друг относительно друга, в зависимости от температуры, причем смещены пропорционально падению напряжения на резисторе,б, ЗО

На фиг 2 зпюры I H 13 показывают изменение выходных напряжений усилителей 7 и 10 в зависимости от температуры. Эпюра Е показывает изменения выходного напряжения коммутатора 13, 35 а эпюра Й - компаратора 15 в зависимости от темнературы. Компаратор 15

;срабатывает, когда 0вых 7 = вь1х 10 (,эпюры X $, Ж фиг. 2 ), и управляет

Работой коммутатора 13 таким образом,4р .что в момент срабатывания компаратора

15 происходит переключение выходов усилителей 7 и 10 на входе усилителя

14 мощности. В результате характеристика компаратора 13 имеет Ч -образный вид, как показано на эпюре In, причем наклон восходящего и спадающего участков характеристики можно изменять, меняя величины резисторов обратной связи 9 и 12. Компаратор 15 управляет работой релейного элемента 16 термобатареи 18, а соответственно и состоянием контактов 17, причем переключение контактов происходит в момент, ко да вь х 7 =Овь,к10 т.е. в момент отсутствия тока в термобатарее.

Таким образом, введение в состав регулятора задающего резистора, усилителя и коммутатора позволяет раз.-; дельно регулировать коэффициенты передачи системы в режиме "Нагрев" и

"Охлаждение", эа счет возможности изменения характеристики усилителей

7 и 10, а также их сдвига эа счет резистора б, что в конечном:итоге позволяет создать более точную систему регулирования температуры путем адаптации характеристики регулятора к характеристикам объекта управления.

Применение данного изобретения поэво лило добиться точности поддержания температуры 0,1 С по сравнению с точностью 0,5-1 С у известной системы, что позволяет получить приемлемую точность поддержания температуры без применения сложных методов коррекции системы с использованием ПИД регуляторов, что привело бы к существенному усложнению и удорожанию регулятора.

Предлагаемый регулятор температуры может быть использован при создании. унифицированного ряда регуляторов для теплофизических приборов.

1019407

Составитель С.Стрелецкий

Редактор С.Патрушева Техред H.Ãàééó корректор Г,Решетник

Заказ 3703/42 Тираж 874 Подписное

БНИИ11И Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д.4/5

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,4