Устройство для программного регулирования температуры

 

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для программного регулирования температуры (камер термостатов и др.). Цель изобретения - повышение быстродействия и расширение области применения. Устройство для программного регулирования температуры содержит измеритель 1, блок 2 управления, подключенный входами к первому и третьему выходам блока 5 уставок температур, к первому выходу блока 4 задания скорости изменения температуры, блок 3 задания выдержки времени, подключенный входами к пятому выходу блока 2 управления, к второму выходу блока 4 задания скорости изменения температуры и к первому выходу блока 5 уставок температур, блок 4 задания скорости изменения температуры, подключенный входами к первому выходу блока 5 уставок температур, к второму выходу блока 2 управления и к выходу блока 3 задания выдержки времени, блок 5 уставок температур, подключенный входами к первому, третьему и четвертому выходам блока 2 управления, к второму выходу блока 4 задания скорости изменения температуры и к выходу измерителя 1, регулятор 6, подключенный входами к первому выходу блока 2 управления, к второму выходу блока 5 уставок температур и к выходу измерителя 1. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (!9) (11) (51) 5 С О5 D 23/19

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЬ1Й НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЬПИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4208780/24-24 (22) 09.03 .87 (46) 07.02.90. Вюл. ) 5 (72) Г.С. Учитель, 11.Г. Гатавяцкас, А.Д. Семенов и )1.С. Дадашев (53) 621.555 6(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

1 431887, кл. (05 D 23/19, 1974.

Авторское свидетельство СССР

Р 1091138, кл. (05 D 23/19,1982.

Авторское свидетельство СССР

1; 498608, кл. С 05 1) 23/19, 1974.

2 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЛ ПРОГРАММНОГО РЕГУЛИРОВА11118 ТЕМПЕРАТУРЫ (57) Изобретение относится к устройствам, предназначенным для программного регулирования температуры (камер термостатов и др.) . Цель изобретения повышение быстродействия и расширение области применения. Устройство для программного регулирования температуры содерх<ит измеритель 1, блок 2 управления, подключенный входами к первому и третьему выходам блока 5 усТа1941572 вок температур, к первому выходу блока 4 задания скорости изменения температуры, блок 3 задания выдержки времени, подключенный входами к пятому выходу блока 2 управления, к второму выходу блока 4 задания скорости изменения температуры и к первому выходу блока 5 уставок температур, блок 4 задания скорости изменения тем-lp пературы, подключенный входами к первому выходу блока 5 уставок температур, к второму выходу блока 2 управ1

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для программного

20 регулирования температуры различных объектов, например, температуры термостатов в дифференциально-термических анализаторах.

Цель изобретения - повышение быст25 родействия и расширение области применения программного регулятора, Па чертеже изображена блок-схема устройства для программного регулирования температуры.

Устройство содержит измеритель t, блок 2 управления, блок 3 задания выдержки времени, блок 4 задания скорос- ти изменения температуры, блок 5 уставок температуры и регулятор.6. Измеритель 1 содержит датчик 7 и усили- З5 тель 8. Блок 2 управления содержит триггер 9, узел 10 сброса, инвертор

11, тактовый генератор 12, четыре элемента ИЛИ 13 - 16, три элемента И 1719, делитель 20 частоты, ключ 2l, две кнопки 22 и 23 и переключатель

24 режимов. Блок 3 задания выдержки времени содержит эадатчик 25 выдержки времени, счетчик 26, дешифратор 27 и ключ 28. Блок 4 задания скорости изменения температуры содержит эадатчик 29 величины ступеней, счетчик 30, цифровой элемент 31 сравнения и элемент И 32. Блок 5 уставок температур содержит задатчик 33 иэотермических уровней, цифровой элемент 34 сравнения, реверсивный счетчик 3>,. цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 36 и компаратор 37.

Устройство работает следующим образомм.

При включении устройства на выходе

10 узла сброса формируется импульс ления и к выходу блока 3 задания выдержки времени, блок 5 уставок температур, подключенный входами к первому, третьему и четвертому выходам блока 2 управления, к второму выходу блока 4 задания скорости изменения температуры и к выходу измерителя 1, регулятор 6, подключенный входами к первому выходу блока 2 управления, к второму выходу блока 9 уставок температур и к выходу измерителя 1. 1 ил. сброса а, который устанавливают в исходное состояние триггер 9, ключ 21 и делитель 20, задатчик 29г, счетчик 26, эадатчик 29, счетчик 30, задатчик 33 и реверсивный счетчик 35, При этом на выходе деыифратора 27 устанавливается логическая "l", которая закрывает ключ 28 и подготавливает к работе элемент И 32. На выходе задатчиков

25, 29 и 33 устанавливаются величины соответственно времени и выдержки первой ступени нагрева (с ), первого изотермического уровня (Т, ) и ступени нагрева (ЬТ1). Логическая "1" с инверсного выхода элемента 3 1 сравнения подготавливает работу элемента A 19, Логическая ".1" с инверсного выхода триггера 9 через элементы ИЛИ 15 и 16 подготавливает к работе элементы И

17 и 18, блокирует работу регулятора

6 и разреыает работу ЦАП 36 без стробирования. Логическая "1" с инверсно"

ro выхода делителя 20 через элемент

ИЛИ 15 подготавливает работу элемента И 17. Компаратор 37 сравнивает выходную величину сигнала блока 1, которая соответствует текущему значению температуры в камере термостата (температура внеыней среды), с величиной выходного сигнала ЦАП 36. Если величина сигнала на выходе блока 1 больше, то логический "0" с выхода компаратора 37 через инвертор 11 и элемент ИЛИ 14 разрешает прохождение тактовых импульсов с выхода ключа 21 через элемент И 17 на суммирующий вход счетчика 39, код которого начинает увеличиваться, приводя к возрастанию величины аналогичного сигнала ( на выходе ЦАП 36, Когда величина сигнала на выходе ЦАП 36 превысит сиг5 154157 нал на выходе блокЛ 1, компаратор 37

1 перебрасываегся и логическая. "1" с его выхода через элемент ИЛИ 13 разрешает прохождение тактовых импульсов с выхода ключа 21 через элемент И 18 на вычитающий вход счетчика 35. Таким образом, величина сигнала на выходе

ЦАП 36 " следит" за величиной сигнала на выходе блока 1. 10

При нажатии кнопки 2 "Пуск" перебрасывается триггер 9 и логический

"0" с его инверсного выхода снимает блокировку с регулятора 6 и разрешает работу ЦАП 36 по стробирующему импуль- 15 су с выхода элемента И 32. Логическая

"1" с прямого выхода триггера 9 через элементы ИЛИ 13 и 14 подготавливает работу элементов И 17 и 18 и разрешает прохождение тактовых импульсов с выхода генератора 12 через элемент

И 19 на вход счетчика 30. Тактовые импульсы с генератора 12 поступают через ключ 21, элемент И 17 на суммирующий вход счетчика 35 и через эле- 25 мент И 19 на вход счетчика 30, выходные коды которых начинают увеличиваться с одинаковой скоростью. Когда величина кода на выходе счетчика 30 станет равна величине кода на выходе за- 30 датчика 29 (A Т, ) элемент 31 сравнения перебрасывается и логический "0" и задний фронт перепада выходного сигнала с его инверсного выхода закрывают соответственно элемент И 19 и ключ 21, а логическая "1" его прямого выхода через элемент И 32 сбрасывает счетчик 30, записывает в счетчик

26 значение с, с выхода задатчика 25 и стробирует ЦАП 36, который преоб- 40 разует входной цифровой код в аналоговый сигнал и запоминает его до при" хода следующего стробирующего импульса. Регулятор 6 разогревает камеру термостата llo появившемуся сигналу 45 разности между выходными сигналами блока 1 и ЦАП 36. После сброса счетчика 30 элемент 31 сравнения перебрасывается в исходное состояние и логическая "1" и передний логический фронт выходного сигнала с его инверсного выхода открывают соответственно эле" мент И 19 и ключ 21. Задний фронт выходного сигнала элемента И 32 устанавливает на выходе задатчика 35 время выдержки t . После записи а счетчик 26 значения Е < логический "0" с выхода дешифратора 27 закрывает элемент 32, 2 6

Величины выходных кодов счетчиков

30 и 35 под воздействием тактовых импульсов начинают снова возрастать с одинаковой скоростью, И когда величина кода на выходе счетчика 30 снова станет оавна величине кода на выходе задатчика 29 (AT,), элемент 31 сравнения перебрасывается, что приводит к закрытию элемента И 19, ключа 21 и подготовке к работе элемента И 32.

После истечения времени выдержки первой ступени (5,) на выходе дешифратора 27 появляется логическая "1", которая через элемент И 32 стробирует

ЦАП 36, сбрасывает счетчик 30 и записывает а счетчик 26 значение t. В дальнейшем регулятор снова разогревает камеру термостата (по вновь появившемуся сигналу разности между выходными сигналами блока 1 и ЦАП 36), элемент 31 сравнения перебрасывается а исходное состояние, что приводит к открыванию .элемента И 19, ключа 21, записи на выход задатчика 25 значения возрастанию величин кодов на выходе счетчиков 30 и 35 и т.д.

Когда величина кода на выходе счетчика 35 сравняется с величиной кода на выходе задатчика 33, срабатывает элемент 34 и нэ его выходе формируется логический импульс, который меняет состояние логических выходных сигналоа делителя 20 на противоположные, закрывает ключ 21, устанавливает величину ступени охлаждения (АТ ) на выходе задатчика 29 и подготавливает задатчик 25 для работы по заложенной в нем программе охлаждения (при этом на его выходе устанавливается значение времени выдержки h! ). После сра4ох батыаания элемента 31 и появления логической н1" на выходе дешифратора 27 сбрасывается счетчик 30, записывается величина времени выдержки (61,„) в счетчик 26, стробируется ЦАП 36 (при этом на его выходе устанавливается аналоговая величина, соответствующая температуре Т!,, возвращается в исходное состояние элемент 31 сравне.ния, открывается ключ 21 и на выходе задатчика 25 устанавливается время выдержки первой ступени охлаждения (ÄÄ ). В связи с тем, что выходные логические уровни на выходе делителя

20 изменились на противоположные,тактовые импульсы поступают с выхода генератора 12 через ключ 21, элемент

И 18 на вычитающий вход счетчика 35

1 >>r 4 ) r 7 2 и в дальнейшем происходит уменьшение кода на его выходе в соответствии с .заданной программой задатчиков 25.

При этом регулятор 6 охлаждает каме5 ру термостата, так как в данном случае сигнал разности между выходными сигналами блока 1 и ЦАП 36 имеет противоположный знак. В остальном работа устройства аналогична работе при наг- 10 реве.

1 огда коц на выходе счетчика 3 достигнет значения, соответствуюцего значению Т, импульс с выхода элемента 34 сравнения перебрасывает дели" тель 20 в исходное состояние ° Положительный логический перепад с инвертирующего выхода делителя ?0 воздействует через переключатель 24 (если он находится в режиме "Разовый" ) на 20 вход схемы 10, которая формирует на выходе сигнал сброса а, приводя все устройство в исходное состояние.

В случае, если переключатель 24 находится в режиме "L, èêëè÷åñêèé", происходит снова разогрев камеры термостата до третьего изотермического уровня (Тз) в соответствии с вновь заданной программой задатчиков

25 и 29 и т.д. до остановки устройст- 30 ва нажатием кнопки "Сброс". При использовании в качестве ЦАП

36 интегральной схемы K 572ПА2 одна единица его младыего разряда будет соответствовать 0,1 С (если его максимальный выходной сигнал соответствует 409,6 С в камере термостата).

Применяя ыестнадцатиразрядный ЦАП эта величина уменьшается до 0,00625 С.40

Таким образом, программный регулятор температуры позволяет воспроизводить режимы нагрева и, затем, охлаждения как ступенчатого (с любой величиной ступени, устанавливаемой задатчиком 4

29},.так и линейного вида (когда величина ступени равна одной единице младшего разряда ЦАП 36 с любой скоростью, определяемой задатчиком 25), а также, программируя соответствующим образом времл выдержки каждой ступени (с помоцью задатчика 2 >), можно создавать практически любую форму кривой разогрева и охлаждения, Схемные реыения блоков 2 .- 5 позволяют наряду с возможностью задания линейного разогрева в широком диапазоне скоростей задавать также ступенчатый нагрев с широким диапазоном выбора величин ступеней или другие более сложные. 1!апример, для задания нагрева по экспоненциальной кривой на задатчике величины ступеней необходимо установить минимальное значение, что соответствует одной единице младшего разряда ЦАП, а задатчик времени выдержки запрограммировать с возрастанием времени выдержки каждой последующей .ступени по экспоненциальной зависимости в соответствии с необходимой кривой нагрева. Устройство обеспечивает также возможность программного задания кривой охлаждения.

Таким образом, расширяется область применения по сравнению с известными устройствами программного регулирования температуры, Введение в устройство компаратора и его связей приводит перед пуском устройства к автоматической установке на выходе ЦАП величины сигнала, соответствуюцей начальной температуре объекта регулирования, благодаря чему после нажатия кнопки 22 "Пуск" сразу начнется разогрев по заданному закону и не затрачивается время для выхода на начальную иэотермическую ступень, что повыыает быстродействие. формула и з о б р е т е н и я

Устройство для программного регулирования температуры, содержащее измеритель, блок управления, включающий в себя узел сброса и тактовый генератор, блок задания выдержки времени, блок задания скорости изменения температуры, блок уставок температур и регулятор, о т л и ч а ю ц е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия и расыирения области применения, блок управления дополнительно содержит триггер, инвертор, с первого по четвертый элементы ИЛИ,три элемента И, делитель частоты, переключатель режимов, ключ, при этом первый вход триггера соединен с выходом узла сброса, второй вход триггера через кнопку соединен с общей шиной, а первый выход триггера является первым выходом блока управления, вход инвер" тора является первым входом блока управления, первый вход первого элемента ИЛИ соединен с первым входом блока управленил, а второй вход первого элемента ИЛ!1 соединен с вторым выходом

1 триггера, вход сброса делителя часто) >r41572

10 ты соединен с выходом узла сброса, информационный вход делителя частоты является вторым входом Ьлока управления, а первый выход делителя частоты через переключатель режимов соединен с первым входом узла сброса, первый и второй управляющие входы ключа соединены соответственно с вторым и третьим входами блока управления, инфор 1О мационный вход ключа соединен с выходом тактового генератора, а вход сброса ключа — с выходом узла сброса, первый вход первого элемента И соединен с третьим входом блока управления.15 второй вход первого элемента И соединен с вторым выходом триггера, третий вход первого элемента И - с выходом тактового генератора, а выход- первого элемента И является вторым выходом блока управления, входы второго элемента ИЛИ соединены с выходом инвертора и с вторым выходом триггера, входы третьего элемента ИЛИ соединены с первым выходом триггера и с первым выхо- 25 дом делителя частоты, входы второго элемента И соединены соответственно с выходом второго элемента ИЛИ, с выходом третьего элемента ИЛИ и с выхо"

1дом ключа, а выход второго элемента щ

И является третьим выходом блока управления, входы четвертого элемента

ИЛИ соединены с первым выходом триггера и с вторым выходом делителя частоты, входы третьего элемента И соединены соответственно с выходом первого элемента ИЛИ, с выходом четвертого элемента ИЛИ и с выходом ключа, а выход третьего элемента И является четвертым выходом блока управления, 4р причем выход тактового генератора и выход сброса являются соответственно пятым выходом и выходом сброса блока управления, Ьлок выдержки времени содержит задатчик выдержки времени, 4 ключ, счетчик и дешифратор, при этом первый и второй входы эадатчика являются соответственно первым и вторым входами блока выдержки времени, вход ключа является третьим входом блока выдержки времени, тактовый вход счетчика соединен с выходом ключа, вход задания кода - с выходом задатчика выдержки времени, вход установки счет- чика соединен с вторым входом блока выдержки времени, вход дешифратора соединен с выходом счетчика, а выход дешифратора соединен с управляющим входом ключа и является выходом блока выдержки времени, блок задания скорос". ти изменения температуры содержит задатчик величины ступеней, счетчик, цифровой элемент сравнения и элемент

И, при этом вход эадатчик величины ступеней является первым входом блока задания скорости изменения температуры, тактовый вход счетчика является вторым входом блока задания скорости изменения температуры, первый и второй входы цифрового элемента сравнения соединены с выходами соответственно задатчика величины ступеней и счетчика, а первый выход является первым выходом блока задания скорости изменения температуры, первый вход элемента И соединен с вторым выходом цифрового элемента сравнения, второй вход элемента И является третьим входом блока задания скорости изменения температуры, выход элемента И соединен с входом установки счетчика и является вторым выходом блока задания скорости изменения температу" ры, блок уставок температуры содержит задатчик иэотермических уровней> реверсивный счетчик, цифровой элемент сравнения, цифроаналоговый преобразователь и компаратор, при этом суммирующий и вычитающий входы реверсивно- . го счетчика являются соответственно первым и вторым входами блока уставок температур, первый и второй входы цифрового элемента сравнения соединены с выходами соответственно задатчика изотермических уровней и реверсивного счетчика, а выход соединен с входом задатчика изотермических уровней и является первым выходом блока уставок температур, цифровой вход, цифроаналогового преобразователя соединен с выходом реверсивного счетчика, входы стробирования и управления стробированием являются соответственно третьим и четвертым входами блока уставок температур, а выход цифроаналогового преобразователя является вторым выходом блока уставок температур, первый вход компаратора соединен с выходом цифроаналогового преобразователя, второй вход компаратора является пятым входом блока уставок температуры, а выход компаратора — третьим выходом блока уставок температур, при этом блок уп ра вления соеди ен пер вым вхо" дом с третьим, а вторым входом с первым выходами блока уставок температур, третьим входом — с первым выходом блоСоставитель Л. Птенцова

Техред м,дидык . Корректор Л. Патай

Редактор Е. Папп

Заказ 279 Тираж б57 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Иосква, Н-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 191

ll 15415 ка задания скорости изменения температур, блок выдержки времени первым входом соединен с первым выходом блока уставок температур, вторым входом с вторым выходом блока задания скорости

5 измерения температур и третьим входомс пятым выходом блока управления, блок задания скорости изменения температур соединен первым входом с первым выхо- 10 дом блока уставок температур, вторым входом с вторым выходом блока управления и третьим входом - с выходом блока выдержки времени, блок уставок температур соединен первым входом с третьим и вторым входом с четвертым выходами блока управления, третьим входом - с вторым выходом блока задания скорости изменения температур, четвертым входом - с первым выходом блока управления, пятым входом - с выходом измерителя, регулятор первым входом соединен с вторым выходом блока уставок температур, вторым входом с выходом измерителя, а входы блокировки - с первым выходом блока управпения, входы сброса всех счетчиков и задатчиков соединены с выходом сброса блока управления.