Спосіб регулювання температури в термогігростатах

Спосіб регулювання температури в термопгростатах, який включає формування регулюючого діяння на нагрівач за відхиленням температури в робочій камері від завдання і за темпе Винахід належить до техніки точного автоматичного регулювання температури в інерційних об'єктах і може бути використаний, зокрема, в термопгростатах для випробування матеріалів і виробів, наприклад, в установках для одержання пароповітряних сумішей із заданим значенням температури і вологості, необхідних для метрологічної повірки засобів вимірювання вологості газів (гігрометрів) Відомий традиційний спосіб регулювання температури в камерах тепла і холоду, який полягає в тім, що вимірюють температуру повітря в робочій камері термостата, порівнюють її із заданим значенням і за сигналом розузгодження формують регулююче діяння на температуру теплоносія об'єкта При цьому задана температура встановлюється за порівняно короткий час, але у зв'язку із великою шерційністю виникає значна нестабільність температури в робочій камері (більше 0,5°С) Відомий спосіб регулювання температури в термостатах [1], за яким, з метою підвищення точності регулювання в усталеному режимі вимірюють значення температури теплоносія і формують пропорційний йому сигнал завдання, а регулююче діяння на нагрівач теплоносія формують за відхиленням плинного значення теплоносія від сформованого сигналу завдання Недоліком цього способу є фактично "ручний" вихід на режим, складність формування сигналу завдання регулятору, що відповідає заданому значенню температури в робочій камері, а також мо ратурою в зоні нагрівача, який відрізняється тим, що діапазон температур, відтворюваних в робочій камері і в зоні нагрівача об'єкта, розбивають на ряд піддіапазонів, а при переході з одного з них на інший одночасно і ВІДПОВІДНО зміщують сигнали за температурою в робочій камері, зоні нагрівача і регулюючу дію на нагрівач, причому зміщений сигнал за температурою нагрівача в кожному піддіапазоні послідовно диференціюють і корегують по фазі, а потім використовують його при формуванні регулюючої дії на нагрівач жлива нестабільність температури в камері через вплив збурень (тепловиділення в середині камери, зміна умов теплообміну з навколишнім середовищем і т п), а в результаті - низька статична точність регулювання Відомий також імпульсний регулятор температури для замкнених відхиленням", але при цьому за допомогою мультивібратора в складі блоку регулювання формує імпульсне регулююче діяння на нагрівам (кондиціонер), при цьому скважність імпульсів мультивібратора залежить від відхилення температури від завдання Імпульсний спосіб регулювання, як і розглянутий раніше традиційний спосіб, не забезпечує високу точність регулювання і, як відомо, рекомендується до застосування при наявності великих запізнень в об'єкті, коли співвідношення тз/Т>1, де хз і Т - час запізнення і стала часу об'єкту Найбільш близьким до запропонованого рішення є спосіб, що реалізується у відомому пристрої для регулювання температури за двома сигналами [3] шляхом формування регулюючого діяння на нагрівач за температурою в робочій камері і температурою в зоні нагрівача, при цьому сигнал за температурою нагрівача множать на постійний коефіцієнт і порівнюють з сигналом за температурою в камері, а отриманий сигнал небалансу також множать на постійний коефіцієнт і в сумі за температурою в камері порівнюють з сигналом завдання 00 00 48798 Цей спосіб передбачає компенсацію викликаного додатковим сигналом усталеного відхилення регульованої температури сигналом за цією ж температурою Але повна компенсація залишкового відхилення практично неможлива через те, що залежність температури об'єкта від температури нагрівача непропорційна (впливає навантаження, умови теплообміну з ЗОВНІШНІМ середовищем, неЛІНІЙНІСТЬ об'єкта), що призводить до неточності регулювання Відхилення температури залежить від конкретних умов і особливо велике при необхідності забезпечити регулювання в широкому діапазоні температур Крім того, відомий спосіб [3] передбачає застосування пропорційного закону регулювання, який за статичною похибкою в принципі неефективний Задача винаходу - вдосконалення відомого способу регулювання температури в термопгростатах [3] шляхом підвищення точності регулювання температурного режиму інерційних об'єктів в широкому діапазоні температур, що дасть можливість створити високоточні технічні засоби для випробування продукції (матеріалів, виробів), зокрема, зразкової метрологічної установки для повірки засобів контролю вологості газів (гігрометрів) Поставлена задача вирішується тим, що у способі регулювання температури в термопгростатах, який включає формування регулюючого діяння на нагрівач за відхиленням температури в робочій камері від завдання і за температурою в зоні нагрівача, згідно винаходу, весь діапазон температур, відтворюваних в робочій камері і в зоні нагрівача об'єкту, розбивають на ряд піддіапазонів, з при переході з одного з них на інший одночасно і ВІДПОВІДНО (з урахуванням знаку) змінюють як сигнал за температурою в робочій камері об'єкту і за температурою в робочій зоні нагрівана, так і регулююче діяння на нагрівач При цьому зміщений сигнал за температурою в кожному піддіапазоні послідовно диференціюють і коректують по фазі, а потім використовують його при формуванні регулюючого діяння в якості додаткового випереджувального інформаційного сигналу, синфазного зі зміною температури нагрівача Розбиття робочого температурного діапазону об'єкта на ряд піддіапазонів, одночасне зміщення сигналів за температурою в робочій камері і температурою нагрівача, а також регулюючого діяння в кожному піддіапазоні дозволяє підвищити точність регулювання за рахунок можливості збільшення коефіцієнта передачі інформаційних каналів при одночасному зменшенню його по регулюючому діянню Послідовне диференціювання та коректування сигналу за температурою нагрівача дозволяє виключити його постійну (усталену) складову і уникнути тим самим відхилення заданого значення регульованої величини практично не змінюючи фазу змінної складової При цьому підвищується ефективність використання другого інформаційного каналу і, як наслідок, точність регулювання інерційних об'єктів Вказана задача винаходу може бути вирішена тільки при сумісному використанні всіх суттєвих ознак, тому що самі по собі операції виділення піддіапазонів та зміщення інформаційних та регулюючих сигналів як і однодіапазонне регулювання з використанням операцій диференціювання та коригування по фазі додаткового інформаційного сигналу не забезпечує високу точність регулювання інерційних об'єктів, якими є термопгростат, особливо у випадку недостатньої чутливості регулюючого пристрою до зміни вхідних сигналів, наприклад, у зв'язку з наявністю зони нечутливості В цілому ВІДМІТНИМИ ознаками запропонованого способу є виділення піддіапазонів, одночасне зміщення інформаційних і регулюючих сигналів, а також послідовне диференціювання і коректування за фазою сигналу за температурою нагрівача, який використовується в якості додаткового випереджувального інформаційного сигналу при формуванні регулюючого діяння на нагрівач Таким чином спосіб має новизну і забезпечує високу точність регулювання при відносно нескладній реалізації В результаті аналізу, проведеного за різними джерелами інформації, встановлено, що операції одночасного зміщення вхідних і , вихідних сигналів регулятора у зв'язку з розбиттям робочого діапазону на піддіапазони і послідовного диференціювання та коректування випереджувального сигналу в кожному піддіапазоні у відомих технічних рішеннях не використовуються Перераховані ознаки нового рішення відповідають критерію "суттєві ознаки" і при їх сумісному використанні надають об'єкту нові властивості, що відповідають задачі винаходу На фіурі показана блок-схема системи регулювання, що реалізує запропонований спосіб, яка містить об'єкт регулювання 1, основний контур в складі задатчика 2, датчика 3 в робочій камері 1 об'єкту, який зв'язаний з інформаційним входом регулюючого пристрою 4, вихід якого має зв'язок з виконавчим пристроєм 5 Другий інформаційний вхід регулюючого пристрою 4 з'єднаний з виходом диференціатора-коректора 6, вхід якого зв'язаний через суматор з датчиком 7 температури в зоні нагрівача камери Для ступінчатої зміни (зміщення) сигналів від датчиків 3 і 7 та регулюючого діяння передбачені перемикачі 8, 9, 10 При цьому сигнали за температурою в робочій камері, в зоні нагрівача і регулюючого діяння описуються рівняннями, ри, де uK - сигнал за температурою в камері tk, u°k опірний сигнал температури об'єкта, и с к - зміщений сигнал за температурою камеп - КІЛЬКІСТЬ піддіапазонів, і - номер піддіапазону, ин - сигнал за температурою нагрівача tH, и°н - опірний сигнал за температурою нагрівача, u н - зміщений сигнал за температурою нагрівача, Up - сигнал регулюючого діяння, и с р - зміщений сигнал регулюючого діяння, и°р - опірний сигнал регулюючого діяння Регулювання температури за даним способом 48798 відбувається таким чином За допомогою перемикачів 8, 9, 10 попередньо вибирають необхідний піддіапазон температури в камері, а за допомогою задатчика 2 встановлюють необхідне значення температури в об'єкті У зв'язку з високою чутливістю багатодіапазонної системи при наявності мінімального розузгодження регулятор 4 у ВІДПОВІДНОСТІ до закону регулювання діє на виконавчий пристрій, який змінює напругу (струм) нагрівача (або витрату іншого теплоносія) в необхідному напрямку При цьому спочатку починає змінюватись температура t H в зоні нагрівача, а потім температура tK в робочій камеоі Випереджувальний сигнал t H попередньо диференціюється і коригується за фазою, а потім поступає на регулятор 4, не допускаючи значного відхилення температури Остаточне дорегулювання режиму відбувається за сигналом від датчика 3 температури в робочій камері В усталеному режимі сигнал на вході диференціатора-коректора 6 практично дорівнює нулю, що забезпечує високу статичну точність регулювання Перехід на інший піддіапазон температур здійснюється за допомогою перемикачів 8, 9, 10 При цьому немає необхідності змінювати настройки регулятора 4, а деколи і завдання в межах діапазону При збуренні з боку робочої камери (зміна навантаження Z) або нагрівача (напруга живлення U і температура навколишнього середовища Т) процеси регулювання по суті аналогічні, за винятком того, що у першому випадку менш інерційним є сигнал за температурою в робочій камері, а в другому - сигнал за температурою нагрівача Регулюючим пристроєм системи може бути будь-який промисловий регулятор з необхідним типовим законом регулювання, наприклад регулятор типу К15 2 2, диференціатором - електронний блок типу К16 2 2, а коректором фази - звичайна RC - ланка Даний спосіб можна також реалізувати на базі сучасних мікропроцесорних контролерів Як показали дослідження, в результаті застосування запропонованого способу в електронагрівальній камері об'ємом 0 1м3 можна забезпечити температурний режим з динамічною помилкою 0 1К при несуттєвій статичній помилці При використанні способу, крім того, подовжується термін роботи об'єкта регулювання через зниження температурних градієнтів в конструктивних матеріалах і ЩІЛЬНОСТІ струму через нагрівачі Застосування даного способу дозволяє отримати економічний ефект, так як забезпечує можливість проведення точних досліджень і випуску продукції високої якості при відносно нескладній його реалізації Запропонований спосіб може знайти застосування при автоматизації дослідницьких теплових (кліматичних) камер, термопгростатів, зразкових генераторів парогазових середовищ та інших інерційних промислових об'єктів Джерела інформації 1 Гриднєв А С , Мадрохлебов В Ф Способ регулировки температуры в термостатах А С СССР №744507, G05D 23/30 опубл в БИ №24,1980 2 Регулятор температуры Патент ФРГ №3307220, G05D 23/19, 1983 3 Топачеев В П , Рутковский А П , Саакянд А А , Зароченуев М Г Устройство для регулирования температуры А С СССР №1146636, G05D 23/19, опубл в БИ №11, 1985 (прототип) IX X 1 \ І 48798 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71