Устройство для регулирования температуры

ЮЗ СОВЕТСНИХОЦИАЛИСТИЧЕСНИХСПУБЛИК 19) 01) а 4 б 05 Р 23 24 ЗРгг Н АВТ тель- мост, тель, твия шней н датчикллельноление кнформациразователлементара подкльсов. 2 и ИРОВА оматике томатив термоаай ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ МУ СВИДЕТЕЛЬСТ(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ(57) Изобретение относится к аи может быть использовано дляческого регулирования температур статах. Устро но соединенн элемент срав при этом дл в широком д среды в одно моста включе среды, пара ключ, управ триггером, и через преоб с выходом э сброса тригге вателя импул ство содержит последовае термочувствителныйния, усилитель и нагреваповышения быстродейсапазоне температур внеиз плеч термочувствительногтемпературы внешнекоторому подключеоторым производитсонный вход которогь уровня соединесравнения, а к входуючен выход формиро5 1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Изобретение относится к системам автоматического регулирования и может быть использовано для автоматического регули-. рования температуры в термостатах для термостатирования различных электронных узлов.Цель изобретения - повышение быстродействия в широком диапазоне температур внешней среды.На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства; на фиг, 2 - диаграммы его работы.Устройство содержит термочувствительный мост 1, элемент 2 сравнения, усилитель 3 нагреватель 4, преобразователь 5 уровня, пороговый элемент 6, выполненный в виде триггера, ключ 7, датчик 8 температуры внешней среды, формирователь 9 импульсов, элемент 10 блокировки, источник 11 питания.Термочувствительный мост 1 необходимо располагать непосредственно на нагревателе 4, датчик 8 температуры внешней среды (начальной температуры объекта) должен находиться за пределами термостата так, чтобы величина его сопротивления не изменилась от изменения температуры в термостате за время первого включенного состояния нагревателя 4.При необходимости, а именно при условии, когда на величину сопротивления датчика 8 (терморезистора) оказывает влияние температура термостата, он должен быть размещен в термоизоляционном корпусе, который способствует значительному уменьшению этого влияния в течение времени первого включенного состояния нагревателя 4.Преобразователь 5 уровня предназначен для согласования уровней напряжений между выходом элемента 2 сравнения и входом триггера 6. Формирователь 9 импульсов необходим для формирования импульса сброса триггера 6 после включения термостатирующего устройства. Элемент 10 блокировки необходим для отключения терморезистора 8 в случае, когда температура объекта выше температуры внешней среды, с целью предотвращения перегрева объекта (например, в случае кратковременного отключения термостатирующего устройства), Данную функцию можно выполнить, например, с помощью выключателя, вынесенного на пульт управления оператора.Устройство работает следующим образом.При включении устройства температура термсстата и объекта равна температуре внешней среды, термочувствительный мост 1 разбалансирован и элемент 2 сравнения переводит усилитель 3 в режим насыщения, включая нагреватель 4. Одновременно на триггер 6 от формирователя 9 импульсов приходит импульс сброса и прямой выход триггера 6 устанавливается в состояние логического О, при этом размыкается ключ 7, подключая датчик 8 температуры внешней среды (терморезистор) в противоположное датчику температуры плечо термочувствительного моста 1, смещая точку его баланса, тем самым увеличивая время первого включенного состояния нагревателя 4.При достижении баланса термочувствительного моста 1 элемент 2 сравнения посредством усилителя 3 отключает нагреватель 4. Одновременно с этим перепад напряжения с выхода элемента 2 проходит через преобразователь 5 уровня на информационный вход триггера 6 и перебрасывает его в противоположное состояние, при котором на прямом его выходе появляется логическая 1 (это положение триггер 6 сохраняет в течение всей дальней шей работы устройства). Под воздействием логической 1 ключ 7 замыкается и шунтирует терморезистор дополнительного разбаланса, устраняя его влияние при дальнейшей работе регулятора. После отключения нагревателя 4 его температура начинает уменьшаться, отдавая запасную энергию объекту термостатирования. Температура объекта, который получает запасную энергию нагревателя, продолжает расти до температуры, равной температуре статирования, при которой процесс выхода в режим термостата заканчивается,Рассмотрим выход в режим термостатирования в зависимости от температуры внешней среды (начальной температуры объекта),В первом случае, когда разность между значениями температур термостатирования и внешней средой ЬТ равна заданному (номинальному) значению ЬТЗ, нагреватель разогревается по кривой ЛТдо температуры, соответствующей ЬТз+ Т(где Т - температура перегрева нагревателя, которая определяется величиной сопротивления терморезистора измерительного моста 1) времени 14 и отключается. Объект термостатирования вследствие наличия собственно термоемкости и теплового сопротивления между ним и нагревателем разогревается по кривой ЛТ, имеющей постоянную времени большую, чем кривая ЬТ. После отключения нагревателя температура объекта продолжает расти с уменьшающейся скоростью за счет запасной энергии нагревателя, которой достаточно для доведения объекта до температуры термостатирования. Отдавая свою запасную энергию, нагреватель охлаждается до температуры термостатирования, к которой приходит одновременно с объектом в момент времени 1.Во втором случае, когда ЬТ)ЬТз (температура окружающей среды уменьшилась) и величина дополнительного разбаланса не изменилась, а осталась равной Т (для устройства без применения терморезистора), нагреватель разогревается по кривой ХТ, а объект ХТ - до момента времени 6, соответствующего отключению нагревателя, Далее нагреватель охлаждается (с большей скоростью, чем в первом случае при КТ==ХТз, так как величина ЬТ и разность температур между нагревателем и объектом увеличилась), отдавая запасную энергию объекту термостатирования. В данном случае запасной энергии нагревателя недостаточно для доведения объекта до температуры термостатирования и последний, когда нагреватель уже вышел на режим термостатирования, продолжает еще разогреваться до момента времени 6 о. В устройстве, когда ЬТ)ХТз, величина сопротивления терморезистора увеличилась и стала больше, чем при КТ=ЛТз, перегрев нагревателя увеличивается до величины, близкой к оптимальной (Т"), при которой нагреватель отключается в момент времени 1 з, охлаждается и достигает температуры термостатирования в момент времени 19 одновременно с объектом (фиг. 2, штриховая линия),В случае, когда ЬТ(ХТз (температура внешней среды увеличилась) и величина дополнительного разбаланса равна Т. (для устройства без терморезистора), нагреватель разогревается по кривой ЬТ, а объект - ЛТО до момента времени 1 ь соответствующего отключению нагревателя. Далее нагреватель охлаждается (с меньшей скоростью, чем в первом случае.при ХТ=ЬТз, так как величина ЛТ и разность температур между нагревателем и объектом уменьшилась), отдавая запасную энергию объекту термостатирования. В данном случае запасной энергии нагревателя больше, чем необходимо для доведения объекта до температуры термостатирования. В результате этого происходит перегрев объекта и его выход на режим термостатирования в момент времени 1 з. В предлагаемом устройстве, когда ЛТс ЛТз, величина сопротивления .терморезистора меньше, чем в случае, когда ЬТ= , =ЛТз, и перегрев нагревателя уменьшается до величины близкой к оптимальной (Тд), при которой нагреватель отключается в момент времени 1 ь охлаждается и достигает температуры термостатирования в момент времени 1 з одновременно с объектом (фиг. 2,штриховая линия).Таким образом, предлагаемое устройствопо сравнению с известным позволяет осу 5 ществлять режим разогрева, близкий к оптимальному в широком диапазоне значенийначальной температуры объекта, когда онаравна температуре окружающей среды, Этоповышает его быстродействие и уменьшаетвеличину перерегулирования, Так, например,применяя в качестве терморезистора дополнительного разбаланса, полупроводниковыйрезистор, величина перерегулирования посравнению с известным устройством уменьшилась более чем в 5,5 раза (при ЬТСЛТз),15 а при ЬТ)ХТз разогрев объекта практически совпадал с оптимальным. Приведенныерезультаты получены при температуре термостатирования 60 С и изменениях величины температуры внешней среды в пределахот 10 до 35 С,20Формула изобретенияУстройство для регулирования температуры, содержащее последовательно соединенные термочувствительный мост, элемент сравнения, усилитель и нагреватель, а также пороговый элемент и ключ, включенный параллельно одному из плеч термочувствительного моста, причем вылод порогового элемента связан с первым управляющим 30 выходом ключа, отличающееся тем, что, сцелью повышения быстродействия в широком диапазоне температуры внешней среды, устройство содержит преобразователь уравнения, формирователь импульсов и элемент блокировки, при этом пороговый элемент 35 выполнен в виде триггера, информационныйвход которого подключен к выходу преобразователя уровня, вход которого соединен с выходом элемента сравнения, а вход сброса триггера подключен к выходу формирова О теля импульсов, выход элемента блокировкисоединен с вторым управляющим входом ключа, а параллельно ключу в термочувствительный мост включен датчик температуры внешней среды.38337 т" г,2 Составитель Л. П Техред И. ВересТираж 866 бкова Редактор Н. БЗаказ 9 2/46ВНИИПИ ГоПроиз водст ударственного комитета СССР по д 13035, Москва, Ж - 35, Раушск нно-полиграфическое предприятие енцоваКорректор Н. КоролПодписноелам изобретений и открытийя наб., д. 4/5г. Ужгород, ул. Проектная, 4