Прецизионные регуляторы температуры

Для высококачественного регулирования температуры (с погрешностью ±0,1 °С) необходимо выполнение нескольких обязательных условий:

- использование термического оборудования с заданной неравномерностью нагрева;

- применение для измерения температуры высокоточных датчиков – термоэлектрических преобразователей платиновой группы;

- использование высокоточных устройств компенсации температуры свободных концов ТП;

- применение термостабилизированных прецизионных задатчиков с малой дискретностью (1 мкВ соответствует 0,1 °С для ТП платиновой группы);

- использование непрерывного закона регулирования как обеспечивающего наилучшее качество регулирования;

- обеспечение возможности настройки регулятора (параметров закона регулирования) применительно к конкретному объекту регулирования. Это дает возможность обеспечить высокую точность регулирования на переходных (неустановившихся) режимах;

- использование раздельного электропитания для повышения помехоустойчивости.

Рассмотрим упрощенную схему высокоточного регулятора температуры (ВРТ).

1 -
блок измерителя;

2 - блок регулятора;

3 - тиристорный усилитель;

4 - термоэлектрический преобразователь типа ТПП или ТПР;

5 - схема компенсации температуры свободных концов;

6 - прецизионный задатчик с термостабилизацией и дискретностью задачи 1 мкВ;

7 - усилитель отклонения;

8 - блок настроек закона регулирования;

R _н - сопротивление нагревателя;

~ U _приб - сеть питания приборов;

~ U _сил - силовая сеть.

ВРТ образован тремя блоками, имеющими различное назначение. Блок измерителя 1 подключен к высокоточному ТП платиновой группы (4) (типа ТПП или ТПР). Выходной сигнал термопары 4 поступает на вход усилителя 7 через высокоточную схему компенсации температуры свободных концов 5. На второй вход усилителя подается сигнал прецизионного термостабилизированного задатчика 6.

Выходной сигнал усилителя 7 – отклонение ε, поступает на вход блока регулятора 2, где преобразуется в управляющее воздействие у – токовый управляющий сигнал в соответствии с законом регулирования. Закон регулирования и параметры его настройки можно задать с помощью блока настроек 8.

Выходной сигнал регулятора – ток от 0 до 5 мА, поступает в тиристорный усилитель 3, где преобразуется в пропорциональное изменение мощности в нагрузке R _н.

Для обеспечения помехозащищенности используют раздельное электропитание. Для блоков измерителя и регулятора используют так называемую приборную сеть (~ U _приб), для тиристорного усилителя и нагрузки – силовую сеть (~ U _сил).

Для обеспечения непрерывного закона регулирования (непрерывной связи входного токового сигнала и мощности в нагрузке) используют фазоимпульсное управление тиристорами.

Рассмотрим более подробно принцип действия тиристорного усилителя. Оно основано на способности тиристора открываться при наличии тока через управляющий электрод и закрываться при нулевом напряжении катод-анод. Сущность фазоимпульсного управления можно объяснить при подробном рассмотрении конструкции блока тиристоров.

1 - блок управления тиристорами;

2 - трансформаторы гальванической развязки;

3 - цепь фазовой синхронизации;

VS ₁, VS ₂ - тиристоры;

U _фис - фазоимпульсный сигнал;

R _н - сопротивление нагревателя;

~ U _сил - силовая сеть.

Входными сигналами блока 1 управления тиристорами (БУТ) являются управляющее воздействие у (ток, изменяющийся от 0 до 5 мА) и напряжение фазовой синхронизации, поступающее по цепи 3. БУТ вырабатывает фазоимпульсный сигнал U _фис, представляющий собой серию импульсов, поступающих через трансформаторы гальванической развязки 2 на управляющие электроды тиристоров VS ₁, VS ₂.

Рассмотрим осциллограммы процессов, приводящих к изменению мощности в нагрузке.

U _сил - силовое напряжение;

U _фис - фазоимпульсный сигнал;

U _нагр - напряжение на нагревателе.

Каждому значению управляющего воздействия у _i соответствует определенный сдвиг фазы φ _i фазоимпульсного сигнала U _фис относительно точки перехода синусоидального силового напряжения через нуль:

φ _i = (у _мах – у _i)· π,

где у _мах - максимальное управляющее воздействие (5 мА).

В соответствии с фазоимпульсным сигналом U _фис изменяется угол открывания тиристоров VS ₁ и VS ₂, что приводит к выделению в нагревателе мощности, которая может быть рассчитана следующим образом:

Р _нагр = Р _ампл sin α dα = – P _ампл {cos[(n +1) π ] – cos(nπ + φ _i)} =

= P _ампл (cos φ _i+1),

где Р _ампл – амплитудное значение мощности в нагрузке, n – целое число.

Таким образом, обеспечивается непрерывное изменение мощности в зависимости от управляющего воздействия, т.е. непрерывное регулирование.

Дата добавления: 2014-01-14