Устройство для регулирования температуры

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДВТВЛЬСТВУ(61) Дополнительное к авт, сеид-ву 111643852 Союз Советских Социалистических Республик23/1 с присоединением заявкивсударственннй квматет СССР вв делам хавбрвтвей я вткрвпхй(:амостоягельиое конструкторск по проектированию приборо ехнологиче аппаратов 71) Заявите ВАНИЯ ТЕМ(54 Е 2 1Изобретение относится к технике регулирования температуры, а более конкретно - к устройствам для регулирования температуры с коигвктными датчиками температуры,Изобретение может быть примененодля регулирования или сигнализации заданного температурного режима в сушных шкафах, термокамерах, нагревательных печах и т.п.Извесгны устройства для регулирова-ния температуры с ртутными контактнымиприборами, использующие в качестве силового коммутирующего элемента элекгромеханические реле Я .Подобные устройства имеют ограниченный срок службы иэ-за быстрого износа контактов реле и, кроме гого, служат источниками помех для других потребителей, возбуждая переходные процессы в питающей сети.Указанные недостатки устранены вустройствах регулирования температуры,использующих в качестве силового коммугирующего элемента гиристорный переключатель, обеспечивающий бесконтакгную и бестоковую (включение и отключение нагрузки при нулевых значениях синусоидвльного напряжения) коммутацию. Из известных устройств для регулирования температуры, использующих вкачестве силового коммутирующего элемента гиристорный переключатель, наиболее: близким по технической сущности является устройство, содержащее контактный датчик температуры, релаксационный генератор, выполненный на одно- переходном транзисторе, к одной (первой) 11 базе которого подключен управляющийвход тиристорного переключателя, соединенного через нагреватель с источником питанияВ схеме этого устройства контактыдатчика включены непосредственно в эмиттерную цепь одноцерехсдного транзистора (параллельно конденсатору времязадающей цепочки), что ведет к завьвшений мощности, коммутируемой конгак,гным датчиком.Так, анализируя схему устройства и зная режимы работы однопереходного транзистора, нетрудно рассчитать, что . 5 напряжение на разомкнутых контактах датчика должно быть равно примерно половине напряжения питания релаксационного генератора, т.е. около десяти вольт.Если постояннаа времени времязадаю- О щей цепочки соизмерима с полупериодом сетевого напряжения, ток через замкнутые контакты датчика невелик (десятые долимиллиметра). Но для увеличения быстродействии устройства требуется значитель 5 но меньшая постояннаа времени цепочки, обесйечивающая более быстрый зарад емкости и включение нагрузки в момент . первого после размыкания контактов перехода сетевого напряжения через нуль. 20 В этом случае ток через замкнутые контакты датчика составит несколько милли- ампер.Таким образом, контакты датчика коммутируют мощность величиной несколь ко деснтков милливатт,что снижает его срок службы, а следовательно, и надежность всего устройства. Например, срок службы термоконтактов по ТОСТ 19855- 74 с нагрузкой 0,00015 Вт составляет Зф .1000000 циклов, а с нагрузкой 1 Втв десять раз меньше.,"Целью изобретения является повышение надежности устройства за счет уменьшення величины мощности, коммутируе-. 35 мой контактным датчиком.Поставленная. цель дМтигаетси тем, что устройство для регулироЬания"тем-. йературй содержит транзисторный ключ, к коллекгору которогоподключена-дру О гая (вторая ) база однопереходноготран-зйсгора, а контактный дагЧик теййера- туры включен между эмиттером и базой транзистора ключа.При этом напряженйе на разомкнутых 45 контактах датчика не превыснт вепичийы падения напряжения между эмнттэром и базой открытого транзистора (десятые доли вольта), а ток черезего разомкнутые- контакты - нескольких десятых долей милли амйера.На чертеже представлена электрнческая принципиальная схема устройства для регулирования темпера туры.55Силовая часть устройства (выделен ная на чертеже жирными линиями.) содержит тиристорный переключатель, выполненный на четырех диодах 1-4 н одном тиристоре 5. включенном в диагональ диодного моста, нагреватель 6, подключенный последовательно с тиристорным переключателем к источнику питания 7.Резистор 8, диод 9 и ветвь из соединенных в параллель сгабилитрона 10 иэлектрического конденсатора 11, подключенные последовательно между катодомтирнстора 5 и общей точкой источникапитания и электронагревателя 6. образуютисточник постоянного напряжения, снимаемого с катода ("плюс") и анода ("минус") стабилитрона 10., Релаксационный генератор выполненна однопереходном транзисторе 12, эмиттер которого соедннен с общей точкойрезистора 13 и конденсатора 14 времязадающей цепочки, первая база - с управляющим электродом тиристора 5, авторая база через резистор 15 - с кол- лектором транзистора 16. Между упревлякнцим электродом тирисгора 5 н егокатодом включен резистор, 17.К эмнттеру однопереходного транзистора 12 подключены также коллектортранзистора 18, эмигтер которого связанс катодом тирнстора 5, и анод диода 19,катод которого соединен с анодом тирнстора 5, База транзистора 18 подключенак общей точке делители, составленногоиз резисторов 20, 21, включенных последовательно в диагональ диодного моста 1-4.Транзисюрный ключ выполнен на транзисторе 16, эмиттер которого подключенк "плюсу" источника постоянного напряжения, а база - через резистор 22 и его"минусу .Между эмнттером и базой транзистора 16 включена цепочка нз соединенныхпоследовательно контактов датчика гемйературы 23 и резистора 24,Устройство "работает следующим образом.При включении источника питанияцепь, включающая в себя ограничительныйрезистор 8, диод 9, стабилитрон 10 идиод 2, работает как однополупериодный,стабилизирующий выпрямитель, обеспечнваа релаксационный генератор и транзисторный ключ постоянным сглаженным(посредством емкости 11) напряжением,равным напряжению стабилизации стабилитрона 10.В случае, если температура объектане превьпдаег температуры контакгнрования контактного датчика 23 (его конгак64385гы разомкнуты), открываетси транзистор 16, и базбвая цепь однопереходйого транзистора 12 оказывается под напряжением.Конденсатор 14 заряжаетси через резистор 13, и по достижении на эмитте ре однопереходного транзистора 12 нап-.ряжения переключения происходит резкий разряд конденсатора 14 через эмиттер, первую базу однопереходного транзистора 12 и управляющий переход тиристора 1 О 5, тиристор открываетси. Пля обеспечении максимального угла проводимоститиристорв величина резистора 13 должкабыть минимальной, но не менее величины, обеспечивающей автоколебательный режимработы однопереходного транзистора,. После открытия тиристора конденсатор 14 оказывается шунтированным через диод 19 и силовую цеггь тиристорв, релаксационный генератор прекращаегподачу им О пульсов в управляющую цепь гиристора на все оставшееся время полупериода. В конце полупериодв, в момент снижении анодного напряжевия на гирисгоре до нуля, последний закрыввегси, снимая шунгирующее действие с конденсатора 14, релаксационный генератор включается в работу и снова открывается тиристор.;Когда температура объекта достигает величины, соответствующей замыканию Зй контактов контактного датчика 23, происходит закрытие транзистора 16, напряжение на второй базе однопереходного 1 ранзистора становится равным нулю, и переход эмитгер-первая база начинает работать, как обычный диод. Небольшой ток, протекающий через этот переход, за-. мыкаетси в основном через резистор 17, поэтому поступление управляющих импульсов на тирисгор прекращаетси, и при пер О вом переходе анодного напряжения через нуль гиристор закрывается.В этом состоянии гиристорного переключатели с анода закрытого тиристора 545 через делитель 20-21 на базу гранэиотора 18 подвегси пульсирующее напряжение положительной полярности, спадающее дь йуля в каждый момент перехода синусоиды сетевого напряжения через нуль.Благодаря етому транзистор 18 оказы- вается открытым в течение большей чаати времени полупериода, шунтируя конденсатор 14, и закрывается только в узком интервале времени вблизи нуля, снимая свое шунтирующее действие с конденсатора 14. Поэтому после следующего замыкания контактов датчика включение реааксационного генератора, а следовательно, и тиристора произойдет не вмомент размыквния контактов, а в момент первого после этого размыканииперехода сетевого напряжении через нуль.Таким образом, схема обеспечиваетбесконтакгную коммутацию сетевого напряжения вблизи его нулевого значения вовсех режимах работы, при этом релаксационный генератор формирует только одинимпульс управления в течение полуволныпитающего напряжения, что позволяетуменьшить мощйость, рассеиваемую в цепи управления тиристора.Управление включением и выключениемрелаксвционного генератора с помбщьютранзисторного ключа,. включенного в базовую цепь однопереходного транзистора,позволяет существеийо уменьшить мощ-нооть, коммутируемую коплекгорной цепью транзистора, так как основную мощность (ог 60 до 80% релаксационныйгенератор, работающий с большей частотой следования импульсов, потребляетпо цепи эмиттеоа. А это означает, чтосущественно будет снижена мощность,коммутируемая контактными датчикамитемпературы, осуществляющего управление транзисторным ключом. Ток, протекающий через замкнутые контакты датчика, может быть записан в видеИ "а, Ргде 0 - напряжение питания релаксациионного, генератора;Я.а- межбаэовое сопротивление однопереходного транзистора;Я - коэффициент усиления транзистора по току.Так как в трвнзистооном ключе используется режим отсечки Оу =О, тонапряжение на рвзомхнугых контактахдатчика равно падению напряжения на переходе эмиттер-база открытого транзистора. Оно зависит от типа транзистора,но в любом случаене превышаег нескольких десятых долей вольта,Испытания группы устройств дли регулирования температуры показали, что .максимальная мощность, коммутируемаа,Ънапример, ртутными контактными приборами, не превьпцает 0,036 мВт. Этотфакт позволит гарантировать минимальноечисло замыканий и размыканий ртутногоконтактного прибора, равное 1000000с вероятностью безотказной работы нениже 0,8 при доверительной вероятности0,8.643852 Составитель Л. Птенцовадактор А. Садомов Техред 3. Фанта Корректорй Мельниченко Тираж 1014 ПодписноеПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий Москва, Ж, Раущская наб., д. 8020/43ЦЕИ 113 иал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проекгна Формула изобретения Устройство для регулирования температуры, содержащее контактный датчик температуры, релаксационный генератор, выполненный ха однопереходном транзисторе, к одной базе которого подключен управляющий вход тирисгорного переключателя, соединенного через нагреватель с источниксм питания, о г л и ч а юа е е с я тем, что, с целью повышения надежности устройства, оно содержит транзисторный ключ, й коллектору которого подключена другая база однопереходного транзистора, а контактный датчик температуры включен между эмитге ром и базой транзистора ключа. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР м М 152136, О 05 Р 23/02, 1962. 2. Авторское свидетельство М 487381, 0 05 Р 23/19, 1976,