Устройство для регулирования температуры

(19) (И)З(51) 0 05 0 23/19 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) 1. Авторское свидетельство СССРР 289262, кл. 0 05 0 23/00, 1969.2, Авторское свидетельство СССРР 525934, кл, С 05 Р 23/19, 1975(прототип),(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ, содержащее элементы сравнения, первые входы которыХобъединены и подключены к датчикутемпературы, вторые входы подключены к средним выводам соответствующих потенциометров, подключенныхчереэ ограничительные реэисторы кисточнику постоянного напряжения,выходы элементов сравнения подключены ксоответствующим входам форми- рователя управляющего сигнала, выход которого подключен к управляющему входу тиристорного исполнительного элемента, включенного последовательно с нагревателем к источнику переменного напряжения, выходы которого подключены к источнику постоянного напряжения, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью расширения области применения, оно содержит интегрирующий конденсатор, включенный между входами первого элемента сравнения, ключевой элемент, включенный параллельно первому потенциометру, и однополупериодный щС выпрямитель, выход которого подключен к управляющему входу ключевого элемента.Изобретение относится к автоматическому регулированию неэлектрических величин, в частности температуры, с использованием электрическихсредств, Оно может быть использованов системах термостатирования с малымвременем установления рабочей температуры. Применяемые устройства имеютнизкий КПД за счет использованиятранзисторного исполнительного элемента, для управления которым требуется значительная мощность.Известно устройство для регулирования температуры, обеспечивающеемалое время установления температуры при более высоком КПД за счет использования тиристорного исполнительного элемента. Такое устройствосодержит датчик температуры, усилитель, схему сравнения, генераторпилообразного напряжения, схему 2 Осинхронизации, схему формирования,импульсный усилитель, тиристорныйисполнительный элемент и нагреватель 13,Недостатком данного устройстнаявляется его низкая надежность, обусловленная необходимостью введенияблоков, осуществляющих формирование1импульсного сигнала и функциональные преобразования над ним, а именно;схемы синхронизации, генератора пилообразования напряжения, схемы формирования и импульсного усилителя. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является 35 устройство, обеспечивающее малое время установления рабочей температуры при высоком КПД. Известное устройство содержит три операционных усилителя, первые входы которых объеди нены и подключены к датчику температуры, источник опорных напряжений, формирователь управляющего сигнала, тиристорныи исполнительный элемент, включенный последовательно с нагревателем, источник постоянного напряжения и источник переменного напряжения.В известном устройстве при форсированном нагреве нагреватель рассеивает мощность в течение обеих полу- волн напряжения сети. В режиме отслеживания температуры нагреватель подключается к сети только в течение положительных полуволн напряжения сети 2 3. 55Недостатком известного устройства является невозможность снизить мощность нагревателя в режиме отслежинания температуры более, чем в два раза по сравнению с мощностью 60 нагревателя н режиме форсированного нагрева, что сужает область применения.Цель изобретения - расширение области применения устройства. 65 Поставленная цель достигается тем, что устройство для регулирования температуры, содержащее три элемента сравнения, первые входы которых объединены и подключены к датчику температуры, вторые входы подключены к средним выводам соответствующих потенциометров, подключенных через ограничительные резисторы к источнику постоянного напряжения, выходы элементов сравнения подключены к соответствующим входам формирователя управляющего сигнала, выход которого подключен к управляющему входу тиристорного исполнительного элемента, включенного последовательно с нагревателем к источнику переменного напряжения, выходы которого подключены к источнику постоянного напряжения, содержит интегрирующий конденсатор, включенный между входами первого элемента сравнения, ключевой элемент, включенный параллельно первому потенциометру, и однополупериодный выпрямитель, выход которого подключен к управляющему входу ключевого элемента.На чертеже представлена принципиальная схема предлагаемого устройства.Устройство содержит датчик 1 температуры, элементы 2-4 сравнения, источник 5 опорных напряжений, формирователь б управляющего сигнала, тириторный исполнительный элемент 7, включенный последовательно с нагревателем 8, источник 9 переменного напряжения и источник 10 постоянного напряжения.Датчик 1 температуры подключен к первым входам элементов 2-4 сравнения, Выходы источника 5 опорных напряжений соединены с вторыми входами элементов 2-4 сравнения. Входы Формирователя б управляющегосигнала подключены к выходам элементов 2-4 сравнения. Выход формирователя б управляющего сигнала соединен с управляющим входом тиристорного исполнительного элемента 7,включенного последовательно с нагревателем 8 и с источником 9 переменного напряжения. Выходы источника 9переменного напряжения подключенык источнику 10 постоянного напряжения, соединенного с входам источника 5 опорных напряжений.Предлагаемое устройство дополнительно содержит однополупериодныйвыпрямитель 11, интегрирующий конденсатор 12 включенный между входамиперного элемента 2 сравнения, и ключевой элемент 13, вход которого соединен с выходом однополупериодноговыпрямителя 11, а выход подключенк дополнительному входу источника 5опорных напряжений,60 65 Датчик 1 температуры подключен к инвертирующим входам микросхем 14- 16 (первым входом элементов 2-4 срав нения), К неинвертирующим входам микросхем 14-16 (нторым входам элементов 2-4 сравнения) подключены средние выводы потенфциометров 17-19 источника 5 опорных напряженийсоответствующие выходы источника 5 опорных напряжений ), Одни крайние выводы потенциометров 17-19 соединены с резистором 20 и подключены к общему проводу устройства. Другие крайние выводы потенциометров 17-19 через ограничительные резисторы 21- 23 1;вход источника 5 опорных напряжений ) подключены к конденсатору 24 источника 10 постоянного напряжения (выходу источника 10 постоянного напряжения), Общий конец резистора 23 и потенциометра 19 (дополнительный вход источника 5 опорных напряжений) соединен со стоком полевого транзистора 25 (ныходом ключевого элемента 13 ).Элемент 2 сравнения выполнен на микросхеме 14, выход которой через резистор 26 соединен с анодом диода 27, катод которого соединен с резистором 28 (ныходом 2) и подключен к управляющему электроду тиристора 29 (входу формирователя б управляющего напряжения ). Другой конец резистора 28 соединен с общим проводом устройства,Элемент 3 сравнения выполнен на микросхеме 15, выход которой через резистор 30 соединен с анодом диода 31, катод которого подключен к резистору 32 (выходу элемента 3 сраннения) и к управляющему электроду тиристора 33 (нходу формирователя б управляющего сигнала), Другой конец резистора 32 соединен с общим концом устройстна.Элемент 4 сравнения выполнен на микросхеме 16, выход которой через резистор 34 соединен с анодом диода 35, катод которого подключен к резистору 36 (выходу. элемента 4 сравнения) и к управляющему электроду тиристора 37 (входу формирователя б управляющего сигнала). Другой конец резистора,36 соединен с общим проводом устройства. Формирователь б управляющего сигнала выполнен на тиристорах 9, 33 и 37, причем катод тиристора 33 соединен с общим проводом устройства, анод тиристора 33 соединен с катодами тиристорон 29 и 37, анод тиристора 29 через конденсатор 38 соединен с анодом тиристора 37 и с, катодом диода 39, анод которого соединен с общим проводом устройства. Диод тиристора 29 через резистор 40 (,выход формирователя б управляющего 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 сигнала ) соединен с управляющимэлектродом симметричного тиристора 7 ( управляющим входом тиристорного исполнителнного элемента 7). Катод симметричного тиристора 7 и анодсимметричного трристора 7 черезнагреватель 2 подключены к входамисточника 9 переменного напряженияи к входам источника 10 постоянногонапряжения.Источняк 10,постоянного напряжения выполнен на трансформаторе 41,первая выходная обмотка которогоподключена к аноду диода 42, к катоду диода 43 и к резистору 44, Другойконец резистора 44 подключен к аноду диода 45 и к катоду диода 46. Катод диода 42 соединен с катодом диода 45 и подключен к конденсатору 24и к катоду стабилитрона 47 (выходуисточника 10 постоянного напряжения).Анод диода 43 соединен с анодомдиода 46 и подключен к аноду стабилитрона 48 и к конденсатору 49. Катод стабилитрона 48 и анод стабилитрона 47 подключены к общему проводу устройства. Вторая выходная обмотка трансформатора 41 (дополнительный выход источника 10 постоянного напряжения )подключена к катоду диода 50 (входу однополупериодного выпрямителя 11), анод которогочерез резистор 51 подключен к аноду стабилитрона 52, катод которогосоединен с общим проводом устройства,Анод стабилитрона 52 (выход однополупериодного выпрямителя 11) соединен с резистором 53 (управляющимвходом ключевого элемента 13), Другой конец резистора 53 соединен сзатвором транзистора 25 и с резистором 54, другой конец которого соединен с истоком транзистора 25 иподключен к общему проводу устройства.Интегрирующий конденсатор 12 подключен между входами элемента 2сравненйя.Предлагаемое устройство работаетследующим образом.Сигнал датчика 1 температурыусиливается и сравнивается н элементах 2-4 сравнения с опорныминапряжениями, амплитуды которых выбираются таким образом, чтобы выходные сигналы элементов сраннениязакрывали тиристор 29 при температуре выше соном, тиристор 37 притемпературе выше Сшп и тйристор 33 при температуре выше с шах,опричем:шп = С ном - дСо . е ашах = С ном + ЙСгде с ном - требуемая температураоотслеживания;осоточность отслеживаниятемпературы,1078412 И Заказ 963/42 Тираж 842 Подписноал ППП "Патент", г. ужгород, ул. Проектная,л Однополупериодный выпрямитель 11формирует в течение положительнойполуволны отрицательное напряжение,запирающее полевой транзистор 25 ключевого элемента 13, В течение отрицательной полуволны транзистор 25открыт и интегрирующий элемент 12заряжается до напряжения, величинакоторого определяется сопротивлением термодатчика 1, Е течение положи.тельной полуволны происходит сравнение этого напряжения с опорнымнапряжением, Формируемым на потенциометре 19,При С ( С п 1 и в отрицательнуюполуволну интегрирующий конденсатор 12 зарядится до значительногопотенциала и тиристор 29 откроетсяв самом начале положительной полуводны напряжения сети, Через управляющий электрод тиристорного исполнительного элемента 7 текут токитиристоров 29, 33 и ток заряда конденсатора 38. В отрицательную полуволну через управляющий электродсимметричного тиристора 7 течет 25ток перезаряда конденсатора 38, Внагревателе рассеивается максимальная мощность, что обеспечивает Форсированный нагрев до режима отслежйвания температуры.При С г 1 п ( ССо ном через уп - равляющий э.ектрод тиристорного исполнительного элемента 7 текут токи тиристорав 29 и 33 только в течение положительной полуволны Стиристор 37 закрыт ). При этом по мере увеличения температуры выходной сигнал операционного усилителя 2 начинает открывать тиристор 29 с некоторым Фазовым сдвигом, определяемым постоянной разряда интегрирующего конденсатора 12. Мощность, рассеиваемая нагревателем 8, начинает уменьшаться и при Сц = СО ном установится динамическое равновесие, необходимое для поддержания требуемой температуры, Таким образом, отслеживание температуры происходит при мощности, рассеиваемой нагревателем, значительно меньшей максимальной.Положительный (технический эфФект ат использования предлагаемого устройства заключается в расширении области применения за счет снижения мощности нагревателя в режиме отслеживания температуры,