Устройство для регулирования температуры

Устройство для регулирования температуры

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

(19) .(И>

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(59 6 05 0 23 19

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНЯТИЙ (61 ) 824157 (21 ) 2965982/18-24 (22 ) 20. 03. 81 (46) 07.09.83. Вюл. В 33 (72) Ю.A ° .Ìàõìóäîâ, Э.Ю. Салаев, Ч.О. Каджар, Г.Х. Алиев, М.Э. Эминов и Р.К. Алекперов (71 ) Институт кибернетики AH Азербайджанской CCP (53 ) 621. 555. 6 (088. 8 ) (56 ) 1. Авторское свидетельство СССР

9 824157, кл. G 05 0 23/19, 1979 (прототип). ! (54 ) (57 ) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ по авт, св. Ф 824157 о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения области его при . менения, в него введены третий триггер управления, блок уставок,, элемент задержки и пятый элемент И,,причем первый и второй входы третьего триггера управления соответственно подключены к первому входу бло.-Ка формирования пилообразного напряжения и к выходу элнмента задержки, вход которого подключен к выходу первого .таймера и первому входу пятого элемента И, выход которого подключен к первому входу элемента

ИЛИ, нулевой выход третьего триггера управления подключен к третьему входу четвертого элемента И и первому входу блока уставок, второй

Йход которого соединен с вторйм входом пятогб элемента. И и с единичным выходом третьего триггера g

O управления, первый и второй выходы блока уставок подключены соответст-..1 венно к третьим входам делителя час тоты и первого таймера.

1040473

Изобретение относится к системаМ автоматического регулирования и мо-, жет быть применено для программного регулирования температуры, в част- . ности для выращивайия кристаллов.

Известно устройство, содержащее датчик температуры, последовательно сбединенные генератор импульсов и первый элемент И, последовательно .соединенные блок запуска, основной триггер управления, второй элемент И, 10 формирователь управляющих сигналов и исполнительный элемент, последовательно соединенные компаратор, первый элемент НЕ .и третий элемент И, а также последовательно сое- 15 диненные блок формирования пилообраз-. ного напряжения, пороговый блок и второй элемент НЕ, вход которого соединен с вторым входом основного триггера управления,.а выход — с 20 вторыми входами второго и третьего элементов И, выход блока формирования пилообразного напряжения соединен с первым входом компаратора, второй вход которого подключен к д второму входу порогового блока и выходу датчика температуры, а выход — к третьему входу второго эле" мента И, третий вход третьего элемента И соединен с выходом основного триггера управления, а выходс вторым входом формирователя управ ляющих сигналов, выход блока запуска соединен с вторым входом исполнительного элемента и первым входом блока формирования, пилообразного З5 напряжения, делитель частоты, последовательно соединенные первый .таймер, элемент ИЛИ и дополнительный триггер управления, последовательно .соединенные четвертый элемент И и второй 40 таймер, выход которого соединен с вторым входом дополнительного триг- гера управления, причем входы четвертого элемента И подключены соответственно к выходу основного триггера 45 управления и первому входу первого элемента И, второй вход которого подключен к выходу дополнительного триггера управления, а выход — к первым входам первого таймерами и де- 0 литель частоты, выход которого соединен с вторым входом блока формирования пилообразного напряжения, а выход блока запуска связан с вторыми входами элемента ИЛИ обоих таймеров, и делитель частоты.

Известное .устройство работает следующим образом.

После включения питания блок запуска устанавливает в исходное состояние блок формирования пилооб - 60 разного напряжения, первый и второй таймеры, делитель частоты, исполнительный элемент, а первый и второй триггеры управления переводит в состояние "0". Затем с помощью

Уст. 1 в блоке формирования пилообразного напряжения устанавливается заданное значение температуры гЗцА . Которое необходимо поддерживать постоянным в течение времени.

Т», а с помощью Уст. 2 в делителе частоты устанавливается такое значение частоты, которое соОтветствовало бы заданной скорости снижения температуры. На выходе блока формирования пилообразного напряжения получается напряжение P, пропорциональное заданному .значению температуры с»п . Напряжение Р сравнивается с напряжением с выхода датчика температуры на пороговом блоке и . компараторе. После включения цепи нагрева текущее значение температуры возрастает и в момент времени, когда текущее значение температуры равно заданному, т.е. = р., сигнал с выхода порогового блока переводит первый триггер .управления в состоя- . ние "1". С этого момента в течение времени Т», устройство .осуществляет поддержанйе значения температуры на заданном значении. Для этого напряжение of, сравнивается в компараторе и в пороговом блоке с напряжением Р и в зависимости от.знака отклонения текущего значения регулируемой температуры от заданной уст-. ройство вырабатывает управляющий сигнал, вызывающий увеличение или уменьшение управляющего воздействия.

По истечении времени Т» сигналом с выхода второго таймера второй триггер управления переводится в состояние "1". С этого момента устройство осуществляет снижение температуры с заданной скоростью, запускается делитель частоты и второй таймер, который измеряет время охлаждения

Т . В соответствии с Уст. 2 с выхода,. делителя частоты на вход блока формирования пилообразного напряжения поступают импульсы с частотой »", которая соответствует заданной скорости снижения температуры, т.е. отношению - -„--, где g t - изменеЬс ние температуры, д — изменение времени. Каждым импульсом .напряжение на выходе блока формирования пилообразного напряжения. уменьшается на величину gt и т.д. В промежутке времени д 2.значение температуры поддерживается аналогично описанному»

Процесс снижения температуры заканчивается в момент времени, когда содержание первого таймера достигает значения Т f2) .

Недостатком известного устройства. является то, что оно ограничивается снижением температуры только с одной установленной скоростью в течение . заданного интервала времени и не поз1040473 воляет автоматически изменять ско.рость охлаждения и интервала времени, что особенно важно для получе- . ния нужного состава при выращивании кристаллов, а также при термической обработке металлов. 5

Цель, изобретения — расширение области применения устройства за,счет расширения диапазона регулирования.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство введены третий 1О триггер управления, блок уставок, элемент задержки и пятый элемент И, причем первый и второй входы третьего триггера управления соответст-, венно подключены к первому входу 15 блока формирования пилообразного напряжения и к выходу элемента за-, держки, вход которого подключен к . выходу первого таймера и первому входу пятого элемента И, выход кота- 2О рого. подключен к первому входу элемента ИЛИ, нулевой вход третьего триггера управления подключен к третьему входу четвертого элемента И и первбму входу блока уставок, второй ! вход которого соединен с вторым входом пятого элемента И и с единич.ным выходом третьего триггера управ-. ления, первый и второй выходы блока уставок соответственно подключены Ic третьим входам делителя частоты и первого таймера.

Р.

На фиг. 1 приведена функциональная схема предлагаемого устройства на фиг. 2 — временная диаграмма работы устройства.

Устройство сддержит генератор 1 импульсов, первый элемент И 2, блок 3 формирования пилообразного напряжения, пороговый блок 4, комца- 40 .ратор 5,. первый элемент НЕ 6, второй элемент НЕ 7, второй элемент И 8, третий элемент И 9, блок 10 запуска, первый триггер 11 управления, формирователь 12 управляющих сигна" 45 лов, исполнительный .элемент 13, датчик 14 температуры, делитель 15 час тоты, первый таймер 16, четвертый элемент И 17, второй таймер 18, элемент ИЛИ 1Ь, второй триггер 20 5Q управления, третий триггер 21 управ- ления, элемент 22 задержки, блок 23 уетавок, пятый элемент И 24.

Кроме того, обозначены (фиг. 1) уставка .заданного значения температуры Уст. 1, уставки делителя частоты.

Уст. 2 и Уст. 4, уставки первого таймера Уст. 3 и Уст. 5. Обозначено также (фиг. 2) заданное значение температуры tq, время Т, в течение которого недбходимо поддерживатЬ 40 температуры на заданном значении;; время Т, в течение которого необходимо снижать температуры с первой заданной скоростью, время Т, в течение которого необходимо снижать . ф5 температуры с второй заданной скоростью.

Устройство .работает следующим образом.

После включения питания блок 10 запуска устанавливает в исходное состояние блок 3 формирования пило-. образного напряжения, первый и второй таймеры 16 и 18, делитель 15 частоты, исполнительный элемент 13, а первый, второй и третий триггеры

11, 20 и 21 управления переводит в состояние "0".

После этого с помощью Уст. 1 в . блоке 3 формирования пилообразного напряжения устанавливается заданное значение температуры tsaA i которую необходимо поддерживать :.постоянным в течение времени .Т (линия ВС фиг. 2). С помощью Уст. 2 и Уст. 3 в блоке 23 уставок устанавливается соответственно такое значение частоты, которое соответствовало бы первой заданной скорости снижения температуры и временный интервал Т (линия CD ), а Уст. 3 и Уст. 4 соответственно такое значение частоты, которое соответствовало бы второй заданной скорости снижения температуры и временному интервалу Т (ли.ния DE ).

На выходе блока формирования пилообразного напряжения получается напряжение P, пропорциональное заданному значению температуры азо4 .

Напряжение (фиг. 1 ) поступает на первые входы порогового блока 4 и компаратора 5. На вторые входы порогового блока 4 и компаратора 5 поступает напряжение oC с выхода датчика

14 температуры. После включения цепи нагрева регулируемого объекта (фиг. 2) текущее значение температуры возрастает по линии 4 Ь . Поэтому возрастает и значение напряжения Ж и в момент времени Ь, т.е. когда текущее значение температуры равно. заданному ц4 значение также равняется Р, т.е. ц(=P. При этом,на выходе порогового блока 4 получается сигнал, который переводит первый триггер 11 управления в состояние "1" ° С этого момента в течение времени Т устройство осуществляет поддержание значения темпера-, туры, равного t>+4 . Это происходит следующим образом. При переходе первого триггера 11 жправления в состояние "1" открываются элементы

И 8, И 9, а также И 17, так как третий триггер 21,управления в нулевом состоянии и на третьем входе элемента И. 17 также включает потенциал. Поэтому интервал с.выхода гене1ратора 1 импульсов, пройдя через четвертый элемент И 17, поступает на счетный вход второго таймера 18, 1040473

;который начинает измерять временной интервал Т (фиг. 2).

Для подцержания значения температуры в регулируемом объекте на постоянном значении текущее значение регулируемой температуры, т.е. напря жение сс, с выхода датчика 14 температуры непрерывно сравнивается с .напряжением . в icoмпapaтоpe 5 и пороговом блоке 4 (чувствительность компаратора выбирают больше или равной чувствительности порогового блока ). В зависимости от знака отклонения текущего значения регулируемой температуры от заданной устройство вырабатывает управляющий сигнал, вызывающий увеличение или уменьшение управляющего воздействия, Например, если текущее значение регулируемой температуры больше заданного, т.е. g >P, то на выходе порогового блока 4 получается сиг. нал "0", а на выходе элемента НЕ 7 высокий потенциал, т.е. сигнал "1".

Так как в это время на выходе компаратора 5 имеется высокий нотенциал, то сигнал "1" с выхода элемента НЕ 7 проходит через элемент И 8 и поступает в формирователь 12 управляющих сигналов, который вырабатывает сигнал, вызывающий уменьшение управляющего воздействия. При уменьшении текущего значения температуры до P„ т.е. при g =8, на выходе порогового блока 4 получается сигнал "1", а на выходе элемента НЕ 7 — сигнал "0", поэтому на выходе И 8- и И 9 сигнал отсутствует, Если текущее значение регулируемой температуры меньше заданного, т.е. с(с.р,, то на .выходе порогового

-блока 4 получается "0", а на выходе элемента HE 7 высокий потенциал, т.е. сигнал "1". При at ==P на выходе компаратора 5 низкий потенциал, т;е. сигнал "0", а на выходе элемента НЕ 6 сигнал "-1". Поэтому сигнал "1" с выхода элемента НЕ 7 проходит через элементы И 9 и посту- пает в формирователь 12 управляющих сигналов. При увеличении текущего значения температуры до, e.е. при на выходе порогового блока 4 получается сигнал "1", а на выходе элемента НЕ 7 - сигнал "0", поэтому на выходе элементов И 8 и. Й 9 сигнал отсутствует. Далее регулирование температуры повторяется аналогично . описанному.

По истечении времени Т, т:е. в момент времени С (фиг. 2), на выходе второго таймера 18 получается сигнал и переводит второй триггер 20 управления в состояние "1". С этого момента в течение первого интервала времени Т устройство снижает тем-. пературы с первой заданной скорос-. .тью (линия С2 ). Это происходит следующим образом. Так как третий триг

rep 21 управления в нулевом состоянии, то блок 23 устанок устанавливает в делителе 15 частоты и первом таймере 16 соответственно Уст. 2 и уст. 3.

При. переходе второго триггера управления 20 в состояние "1" открывается первый элемент И 2. Поэтому импульсы с выхода генератора 1

10 .импульсов, пройдя через первый элемент И 2, поступают на вход делителя 15 частоты и на счетный вход первого таймера 16. Таким образом, первый таймер 16 начинает измерять первое время охлаждения Т (фиг. 2), соответствующее Уст. 3. Так как выход делителя 15 частоты соединен с входом блока 3 формирования пилообразного напряжения, то в соответствии с Уст. 2 с выхода делителя 15 частоты на вход блока 3 формирования пилообразного напряжения поступают импульсы с..частотой f (час тота этих импульсов f< соответствует первой заданной скорости снижения температуры, т.е. отношению .

ht где b,t - изменение температу,рим ры в С, 64» изменение времени в ч .(линия СР, фиг. 2 ) . .Каждым импульсом напряжение на выходе блока 3 фор. ,мирования пилообразного напряжения .уменьшается на .величину h t .. В про-, межутке времени Ь с (фиг. 2), который соответствует периоду следования импульсов на выходе делителя 15 частоты, значение температуры поддерживается устройством на постоянном значении аналогично описанному.

Таким образом, начиная с точки С

4О в течение времени Т температура снижается с заданной скоростью т.е. по линии С2 (фиг. 2). ПроАt

С4 цесс снижения температуры с первой

45 заданной скоростью заканчивается в момент времени Тд, когда на выходе первого таймера 16 вырабатывается, сигнал, который через элемент 22 задержки переводит третий триггер 21 управления в состояние "1". Этот, сигнал не перекидывает второй триггер 20 управления (в тат момент на втором входе пятого элемента И 24 низкий потенциал), он остается s состоянии "1" и первйй элемент И 2 остается открытым. Так как третий триггер 21 управления в состоянии

"1", то блок 23. Уставок устанавли.вает в делителе 15 частоты и первом таймере 16 соответственно Уст. 4 и

Уст. 5. С этого момента первый тай-. мер 16 измеряет второе время охлаждения .Т (Фив..2 ), соответствующее уставке Уст. 5, и на вход блока 3Формирования пилообразного напряже-! ния с выхода делителя 15 частоты в 1040473

15 соответствии с Уст. 4 поступают импульсы с частотой f2 (f< соответствует второй заданной скорости снижения температуры, т. e. отношеht нию -- ----, где д t — изменение тем-. 5

И пературы в С, д q -. изменение врел мени в ч (линия CD, фиг. 2 ) . Снижение температуры, начиная с точки З

I дй . с заданной скоростью -д -- в .тече д г 10 ние времени Т происходит аналогич- . ным образом. и заканчивается в момент времени Т, когда на выходе первого тайл.-ера 16 вырабатывается сигнал, который через пятый элемент И 24 .(на втором .входе высокий потенциал, .состояние третьего триггера 21 управления в "1".) и .элемент ИЛИ 19 ус- . .танавливает второй триггер 20 управления в. состояние "0". Второй триггер 20 управления запирает первый . 2О элемент И 2 и третий триггер,21 упт равления остается в.состоянии "1".

Этим процессом заканчивается и устройство приводится в исходное сос- тояние. Изменением уставок.можно повторить процесс. неоднократно с новыми параметрами.

Предлагаемое. устройство позволяет поддерживать температуры на постоянном значении в течение заданного интервала времени, снижать температу ры (охлаждать) одной заданной скоростью в течение-заданного временного интервала, а после истечения этого временного интервала путем автоматического изменения скорости и интервала времени в ходе процесса охлаждать с другой заданной скоростью в течение другого заданного временного интервала, что необходимо при управлении технологическими прОцессами, в частности для получения нужного состава при выращивании ,кристаллов.

Так как .устройство построено на цифровых элементах, то оно обесцечивает высокую точность регулирования температуры, а также скорость снижения температуры (скорость охлаждения ) практически на любое заданное время .

1040473 ь

Составитель A. Гулеев

Редактор A. Курах Техред A.A Корректор Г. Огар

Заказ 6928/51 Тираж 874 Подписное

ВНИИПИ 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