SU1734083A1

SU1734083A1 - Терморегул тор

Info

Publication number: SU1734083A1
Application number: SU904822831A
Authority: SU
Inventors: Юрий Владимирович Подгорный; Владимир Ильич Воропаев
Original assignee: Ангарское Опытно-Конструкторское Бюро Автоматики Научно-Производственного Объединения "Химавтоматика"
Priority date: 1990-03-29
Filing date: 1990-03-29
Publication date: 1992-05-15

Abstract

Терморегул тор содержит 1 термометр сопротивлени (1), 1 термостабильный резистор (2), 1 усилитель напр жени (3), 1 усилитель мощности (4), 1 нагреватель (5), 1 исполнительный элемент охлаждени (6), 1 цифровой программатор (7), 1 определ ющий усилитель (8), 2 цифроаналоговых преобразовател (9, 10). 1 ил.

Description

Изобретение относитс к автоматическому регулированию температуры, в частности к прецизионным регул торам температуры , вход щим в системы термостатиро- вани измерительных чеек приборов, предназначенных дл массовых определений диэлектрических характеристик диэлектриков.

Известно устройство дл регулировани температуры, содержащее резистивный термочувствительный мост, к выходной диагонали которого подключен блок управлени , св занный со вторым блоком управлени . В одно из плеч термочувствительного моста включен платиновый термометр сопротивлени , а в другое потенциометрический четырехразр дный декадный задатчик.

Недостатками терморегул тора вл ютс , во-первых, сложность коммутирующей схемы задатчика, во-вторых, больша погрешность задани температуры термоста- тировани ( ±2° С).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому вл етс терморегул тор БТП-78, содержащий усилитель напр жени , к выходу которого подключен усилитель мощности с исполнительными

элементами нагрева и охлаждени , программатор , термометр сопротивлени , включенный в первое плечо измерительного моста, к измерительной диагонали которого подключен вход усилител напр жени , задатчик , выключенный в противоположное плечо измерительного моста и выполненный в виде двух последовательно соединенных резисторов, между точкой соединени которых и вершиной питающей диагонали моста через замыкающие контакты ключей, управл ющие входы которых св заны с выходом программатора, включены тетрады двоичновзвешенных резисторов, соответствующие дес тым дол м, единицам, дес ткам и сотн м градусов цельси .

Недостатками терморегул тора вл ютс , сложность, большое энергопотребление и низка надежность коммутирующей части схемы задатчика температуры, состо щей из 16 ключей и 19 эталонных резисторов, а также неидеальность сопр жени передаточной функции задатчика температуры со статической характеристикой термометра сопротивлени , ограничивающа точность задани температуры.

(Л

С

|Х| ICO Ј

Ю

00 CJ

баланс моста в рассматриваемом терморегул торе описываетс следующим уоЕвнением:

К1 +R0(1 Ч-At + Bt2) qs+Aqt ,, q4 R2 R3qs + q4 + Aqt l

где Ri - сопротивление балластного резистора , включенного последовательно с термометром сопротивлени , описываемого функцией Rt Ro(1 + At + Bt2);

c|5, q4 проводимости последовательно включенных резисторов, образующих противоположное плечо моста;

Дц - проводимость резистора, включен- ного в тетраду градусов и соответствующего изменению задани температуры на один гоадус;

t - заданна температура, °С;

Ro сопротивление термометра при 0° С;

R2 и Ra - сопротивлени резисторов, образующих третье и четвертое плечи моста .

Дела допущени qs + q4 Aq t, преобразуем уравнение баланса моста (1)

Ri +R0(1 +At + Bt2) qs + Aq -t

Q4-R2-R3(СЦ + qs)(1 + Aq)

или

R, + M1+A,+Bt)

C + - -qЈHqSV

q-t Vq4 +qs

Пренебрега в разложении членами выше второго пор дка, получим р д уравнений , св зывающих параметры задатчика и термометра сопротивлени . Дл этого приравн ем коэффициенты при нулевой, первой и второй степен х t в правой и левой част х уравнени (2):

Rl + R°C+i) R2R3;

R0B Aq2 ( q4

Р2 Нз R0A

q4 +qs .2

(4)

Aq

)

04

R2-R3 q4+q5y

Из уравнений (З), (4) и (5) имеем

А Aq Вq4+qs

.(6)

q5 Aq

Ro

R2-R3 в2

(7)

д

qs - Aq --g - Q4

(8)

10

Подставл (7) и (8) в (3), находим уравнение дл определени балластного сопротивлени Ri:

R1

(±+±1 Vq4 qs;

-Re

(9)

чен- его дин

0° С;

ров, моспре

q)

вывнека и припервой

3)

При расчете параметров задатчика тер2о морегул тора проводимости резисторов q4 и qs приходитс выбирать из двух противоречивых соображений: во-первых, чем выше q4 и qs, тем лучше сопр жение передаточной функции задатчика со статической ха25 рактеристикой термометра, во-вторых, чрезмерное увеличение q4 и qs снижает чувствительность терморегул тора. Выбор параметров терморегул тора упрощаетс , если в уравнени х (3)-(9) прин ть q4 qs.

Зо Тем не менее, проводимость q4 не может быть выбрана как уголно большой, так как при этом и квантующа проводимость Aq должна быть тоже увеличена до таких пределов , что невозможно будет реализовать

35 двоичновзвешенные татрады, так как

Aq --д-сц.

Целью изобретени вл етс упрощение терморегул тора при одновременном

0 повышении его надежности и точности задани температуры.

Поставленна цель достигаетс тем, что в терморегул тор, содержащий усилитель напр жени , к выходу которого подключены

45 усилитель мощности с исполнительными элементами нагрева и охлаждени , программатор , термометр сопротивлени и термостабильный резистор, первые выводы которых соединены с входом усилител на50 пр жени , дополнительно введены операционный усилитель, выход которого соединен со вторым выводом термометра сопротивлени и два цифроаналоговых преобразовател , цифровые входы которых соединены с выхо55 дом программатора, а выход первого ииф- роаналогового преобразовател соединен с первым суммирующим входом операционного усилител и входом опорного сигнала второго цифроаналогового преобразовател , выход которого св зан с вычитающим

входом операционного усилител , второй суммирующий вход которого соединен с источником опорного напр жени , вторым выводом термостабильного резистора и входом опорного сигнала первого цифроа- налогового преобразовател ,

Введение первого ЦАП, цифровые входы которого св заны с выходом программатора , позвол ют формировать напр жение, пропорциональное заданной температуре регулировани .

Введение второго ЦАП, цифровые входы которого также св заны с выходом программатора , а вход опорного сигнала - с выходом первого ЦАП, позвол ет формировать поправку, учитывающую квадратичный характер характеристики платинового термометра сопротивлени , что в конечном итоге повышает точность задани температуры регулировани .

Введение инвертирующего операционного усилител позвол ет подавать на термометр сопротивлени сумму напр жений, а именно соответствующего реперной температуре (например, 0° С) и пропорционального заданной температуре регулировани (с первого ЦАП), а также учитывающего квадратичный характер статической характеристики термометра сопротивлени (со второго ЦАП). Инвертирование напр жени , подаваемого на термометр сопротивлени , по отношению к опорному напр жению, подаваемому нз термостабильные резисторы , позвол ет получить нулевой сигнал на входе усилител напр жени при достижении объектом температуры, равной заданному значению.

На чертеже приведена принципиальна схема предлагаемого терморегул тора.

Терморегул тор содержит термометр сопротивлени 1, термостабильный резистор 2, усилитель напр жени 3, усилитель мощности 4, нагреватель 5, исполнительный элемент охлаждени 6, цифровой программатор 7, операционный усилитель 8 и цифроаналоговые преобразователи 9 и 10.

Терморегул тор работает следующим образом,

Пусть в исходном состо нии на выходе программатора присутствует цифровой код, соответствующий заданию температуры термостатировани 0° С, температура в термостате также равна 0° С и сопротивление термометра 1 равно RO. При этом на входе усилител 3 отсутствует сигнал разбаланса, так как в этот момент сопротивление термостабильного резистора 2 и термометра 1 равны и на них подаютс напр жени противоположного знака, равные по абсолютной величине.

При изменении температуры в термостате (например, из-за изменени окружаю- щей температуры) сопротивление термометра 1 измен етс , баланс моста нарушаетс и на входе усилител 3 по вл етс сигнал разбаланса, который усиливаетс усилител ми напр жени 3 и мощности 4 и в зависимости от пол рности сигнала управл ет нагревателем 5 или исполнительным

элементом охлаждени 6. В результате температура в термостате восстанавливаетс . При изменении цифрового сигнала на выходе программатора 7 (в ручном или автоматическом режиме задани температуры)

цифровой код, соответствующей заданной температуре регулировани , поступает на вход цифроаналоговых преобразователей 9 и 10. В результате на выходе ЦАП 9 по вл етс напр жение, пропорциональное произведению заданной температуры и опорного напр жени

Ug kgUt, (1)

где Ug - напр жение на выходе ЦАП 9; kg - коэффициент передачи ЦАП 9;

t - заданна температура;

U - напр жение опорного источника, поступающее одновременно на термостабильный резистор 2, второй суммирующий вход операционного усилител 8 и вход

опорного сигнала ЦАП 9.

С выхода ЦАП 9 напр жение U поступает на первый суммирующий вход операционного усилител 8 и на вход опорного сигнала ЦАП 10, на выходе которого устанавливаетс напр жение.

U10 kg kioUt2,(2)

где kio - коэффициент передачи ЦАП 10.

Напр жение Uio поступает на вычитаю- щий вход операционного усилител 8, выходное напр жение которого имеет вид

U8 -k8iU-k82Ug + k83Uio, (3) где кеч, К82, К83 - коэффициенты передачи

операционного усилител 8 по первому и второму суммирующим входам и третьему вычитающему соответственно. Напр жение Us поступает на термометр сопротивлени . Баланс моста (нулевой потенциал на входе усилител напр жени 3) будет иметь место при равенстве токов, протекающих через термометр сопротивлени 1 и термостабильный резистор 2:

55 U8 ,

Ж + ТҐ-°

(4)

где Rt - сопротивление термометра при заданной температуре;

R2 сопротивление термостабильного резистора 2.

Сопротивление платинового термометра достаточно точно описываетс квадратичной функцией в широком диапазоне емператур

Rt Ro(1 + At + Bt2), (5) где Rt-сопротивление термометра при температуре t;

Ro - сопротивление термометра при ре- перной температуре to, обычно равной 0° С;

А - 3,908-10 3; В -5,802-10 7 - коэффициенты , учитывающие кривизну статической характеристики термометра сопротивлени .

Подставл в (4) выражени (3) и (5) и учитыва (1) и (2), получим

+ k82 K9-t -ksa kg-kio t2

Ro(1 + At + Bt2)

(6) 20

15

Из (б) очевидно, что заданна температура в термостате установитс при выполнении следующих условий:

Ro Ro . 1 82-К9 д , K81 А

k83 k9 k-io kei

о

(7)

Уравнени (7) имеют практическую ценность , так как позвол ют рассчитать параметры элементов терморегул тора, обеспечивающие идеальное сопр жение передаточной функции задатчика температуры со статической характеристикой тер0

мометра сопротивлени и обеспечить более высокую точность задани температуры.

Введение двух ЦАП и операционного усилител взамен позвол ет отказатьс от

5 коммутирующих элементов и эталонных резисторов двоично взвешенных тетрад, что упрощает устройство, повышает надежность и снижает энергопотребление и массогабарит- ные характеристики терморегул тора.

Claims

0 Формула изобретени

Терморегул тор, содержащий усилитель напр жени , к выходу которого подключены усилитель мощности с исполнительными элементами нагрева и охлаждени , про5 грамматор, последовательно соединенные термометр сопротивлени и термостабильный резистор, объединенные выводы которых присоединены к входу усилител напр жени , отличающийс тем, что, с целью упрощени при одновременном повышении надежности и точности задани температуры, в него дополнительно введены операционный усилитель, выход которого св зан с вторым выводом термометра

5 сопротивлени , и два цифроаналоговых преобразовател , цифровые входы которых соединены с выходом программатора, а выход первого цифроаналогового преобразовател соединен с первым суммирующим

0 входом операционного усилител и входом опорного сигнала второго цифроаналогового преобразовател , выход которого соединен с вычитающим входом операционного усилител , второй суммирующий вход кото5 рого соединен с источником опорного напр жени , с вторым выводом термостабильного резистора и входом опорного сигнала первого цифроаналогового преобразовател .

&u&-