Регулятор температуры

СВОЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЮЪ БЛИН 3 1 94 С 05 ЗОБР Пи ЕЛЬСТВУ Бюл. У 43 й полит ехничес И, Ленина в (088.8 о СССР 1972.СССР 1984,свидет ельст 05 В 23/19 идетельство Г 05 Р 3/24 оль арце ния -ования,ба8 тыв ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ АВТОРСКОМУ С(57) Изобретение может быть изовано для термостатированиявых генераторов. Цель изобретповышение точности термостатирПосле включения транзисторныйчик - нагреватель 6 разогревадо температуры статирования,ает компаратор 12, генерат пульсов начинает работать в автоколебательном режиме с асимметричными колебаниями, длительность которых о ределяет длительность тактов измере и регулирования. В коротком по времени такте измерения температуры че рез резистор 5 течет максимальный ток базы ,, генерируемый генератором 7 тока, и производится из мерение температуры транзисторного датчика-нагревателя 6 путем снятия напряжения с его перехода база-эмит тер с компенсацией падения напряжения на указанном переходе, обусловленного током р , усилителями 1максфи 2 и фиксация этого напряжения в устройстве 3 выборки и хранения. Во втором такте, т.е, в такте регулиро вания, ток через резистор 5 прямо пропорционален зафиксированному ранее напряжению, 1 з.п, ф-лы, 3 ил.Изобретение относится к техникеавтоматического регулирования температуры и может бьгть исггользовано длястабилизации с высокой точностью температуры пьезокварцевых резонаторов.Цель изобретеггггя - повьпцение точности термостатиронания.На Фиг . 1 предста вле на функционал ь.ная схема предлагаемого устройс.тна;на Фиг, 2 - схема генератора импульсов; на Фиг, 3 - занисимость тока базы транзисторного датчика-нагревателя от напряжения база-эмиттер приразличных температурах (входная характеристика транзист-.ра),Устройство содержит дифференциальный усилитель 1, последовательносоединенные дггфдеренциальный усилитель 2, устройство 3 выборки и хра Онения (УВХ), преобразователь 4 на"пряжение - ток, резистор 5, включенный параллельно первому и второмувходам дифференциального усилителя 1,выход которого соединен с вторым входом дифференциального усилителя 2,транзисторный датчик-нагреватель 6,эмиттер и коллектор которого подключены к клемме источника питания (не показан), а база - к второму входу пер Оного и первому входу второго дифференциальных усилителей, генератор 7 то"ка, генератор 8 импульсов, элемент9 задержки, ключи 10 и 11, причем выход генератора ./ тока через ключ 10и выход преобразователя 4 .напряжениеток через ключ 11 соединены с первымвходом первого дифференциального усилителя, компаратор 12, причем прямойвыход генератора 8 импульсов соединен 4 Ос управляющим входом ключа 10 и через элемент 9 задержки - с входомуправления записью УВХ 3, выход компаратора 12 связан с управляющим входом генератора 8 импульсов, инверсный 45выход последнего соединен с управляющим входом ключа 11, выход дифференциального усилителя 2 подключен кпервому входу компаратора 12, второйвход которого заземлен, 5 ОГенератор 8 импульсов (фиг 2)содержит НБ-триггер 13, элементыИ-НЕ 14 и 15 конденсаторы 16 и 17резисторы 18 и 19 и узел 20 сбросапри этом элементы 14 - 19 образуют55схему управляемого автоколебатвльногомультивибратора, выход узла 20 сбросасоединен с К-входом ЙБ-триггера 13выход которого связан с ггервым входом+ время задержки импульсаэлементом 9 задержки;время задержки сигнала дифФеренциальными усилителями г и 2 соответственно;время срабатывания ключа 10,где2 Ключи 10 и 11 необходимы цля по- переменной коммутации выходных токов элементов 7 и 4 соответственно в цепь базы трачзисторного датчика-нагревателя б. Компаратор 12 Фиксирует момент достижения заданной температурыУстройство работает следующим образом. элемента И-НЕ 15, а Б - вход ВЯ-тригг ера13 является управляюгггим входом гене -ратора 8 импульсов.Дифферегциальный усилитель 1 предназначен для выработки компенсационного напряжения, и его коэффициентусиления выбирается таким, чтобы придостаточно большом токе г.г; (фиг3),протекающем через резистор 5, на выходе дифференциального усилителя 1Формировалось напряжение, равное падению напряжения на переходе эмиттербаза транзисторного датчика-нагревателя 6 и том случае, когда температура последнего равна заданной, т.е,при г.о = 1 на выходе дифференцимоксального усилителя 1 Формируется напряжение Б; (Фиг. 3) . Дифференциаль"ный усилитель 2 необходим для выработки напряжения, пропорциональногоистннной температуре транзисторногодатчика-нагревателя 6. УВХ 3 запоминает выходное напряжение дифференциального усилителя 2 н моменты послеподачи токан цепь базы транзисторного датчика в нагревате б.Пгеобразователь 4 напряжение - ток1формирует на своем выходе ток, прямопропорциональный вход ному напряженин,Генератор 7 тока предназначен для генерации тока 1 (Фиг. 3), Генемаксратор 8 импульсов предназначен дляуправления режимами работы устройства. Элемент 9 задержки необходим длязадержки сигналов на время, несколько большее времени распространениясигнала через дифференциальные усилители 1 и 2 и времени срабатывания ключа 10, т,е, 1439551Для того, чтобы транзисторный датчик-нагреватель 6 поддерживал заданную температуру, его необходимо разогреть коллекторцым током до требуемой температурь, а затем добавлять порции тепла пропорционально энергии, отбираемой в окружающее пространство. Поэтому при включении устройства иа прямом выходе генератора 8 импульсов формируется "1", а на инверсном "0", замыкается ключ 10, через резистор 5 и переход база-эмиттер транзисторного датчика-нагревателя 6 течет ток ь (Фиг. 3), генерируемый генератоомаксром 7 тока, что приводит к разогреву транзисторного датчика-нагревателя 6. Так как н момент включения температур 4 транзисторного датчика- нагревателя 6 меньше заданной, например температура включения ТТ (Фиг, 3), а через резистор 5 течет ток рм, то с выхода дифференциального усилителя 1 снимается напряжение Ц а с базового вывода 2 В транзисторного датчика-нагревателя 6 - напряжение Б; (фиг. 3)Таким образом, на выходе дифференциального усилителя 2 напряжение положительно, на выходе компаратора 12 "1", и гене- ЗО ратор 8 импульсов сохраняет прежнее состояние, при котором с его прямого выхода снимается "1", а с иннерс 1ного "О". Разность АП = П. - Б характеризует разницу между заданной и35 истинной температурами транзисторного датчика-нагревателя 6 и с его прогревом она уменьшается, и когда она становится равной нулю, а транзисторный датчик-нагреватель 6 разо О грелся до заданной температуры Тэд (фиг. 3), срабатывает компаратор 12, на его выходе формируется "О", и с этого момента генератор 8 импульсов работает в автоколебательном режиме 4 В с асимметричными колебаниями. В этом режиме длительность импульсов на прямом выходе генератора 8 намного меньше длительности импульсов на его инверсном выходе, при этом длительность импульса на прямом выходе должна удовлетворять условию где С - длительность импульса на прямом выходе генератора 8 импульсов;время задержки импульсаэлементом 9 задержки;с,1 - время записи данных вУВХ 3,Прц использовании быстродействующих операционных усилителей н качестве дифференциальных усилителейи 2, высокочастотного транзисторан качестве ключа 10 и быстродействующего УВХ 3 времясоставляет 1 -2 мкс, и за это короткое время приподаче тока в цепь базы транзисторного датчика-нагревателя 6 последний не успевает разогреться дажена незначительную величину. За этовремя, т,е. когда замкнут ключ 10и через резистор 5 течет токмоксна выходе дифференциального усилителя 2 формируется напряжение ЬБ, пропорциональное разности между. заданнойи истинной температурами, и, когдасигнал устанавливается (что зависитот частотных свойств транзисторногодатчика-нагревателя 6), с.выходаэлемента 9 задержки снимается "1",производится запись значения АП вУВХ 3 и это напряжение преобразуетсяпреобразователем 4 в ток. При переключении генератора 8, те. при появлении "1" на его инверсном выходе,замыкается ключ 11 и размыкаетсяключ 10 и через резистор 5 гечет токд ., определяемый Формулойпр1 др К Пэгде К - постоянный коэффициент;Ь Б - напряжение, пропорциональноеразности между требуемой иистинной температурами транзисторного датчика-нагревателя 6,при этом значение 5 О обновляется нУВХ 3 после каждого такта регулирования, а снимается оно при токе цмакт.е. при максимальной чувствительности транзисторного датчйка-нагревателя 6 к изменениям температуры. Такимобразом, терморегулятор осуществляетпропорциональное дискретное регулирование температуры,Генератор 8 импульсов (Фиг. 2)работает следующим образом. В моментвключения узел 20 сброса формируетимпульс, устанавливающий триггер 13в нулевое состояние, поэтому мультивибратор на элементах 14-19 не работает, при этом с выхода элемента5 14395 И-НЕ 15 снимается "1", а с выхода элемента И-НЕ 14 "О". Когда на выходе компаратора 12 формируется "О", триггер 13 перебрасывается мульти 5 вибратор на элементах 14-19 переходит н автоколебательный режим, при этом соответствующим выбором емкостей конденсаторов 16 и 17 обеспечивают асимметричность выходных импульсон, снимаемых с. выходов элементов И-НЕ 14 и 15, и длительность этих импульсов определяет точногть устройства. 1. Регулятор температуры, содержащий компаратор, генератор тока, резистор, транзист ор ный датчик-нагреватель, первый и второй дифференциальные усилители, причем выход первого дифференциального усилителя соединен с первым входом второго дифференциального усилителя, второй вход которого подключен к первому входу 25 первого дифференциального усилителя, первому выводу резистора и базе транзисторного датчика-нагревателя, коллектор и эмиттер которого подключены к клеммам источника питания, минусовая клемма которого заземлена, второй вход первого дифференциального усилителя соединен с вторым выводом резистора, а выход второго дифференцигльного усилителя подключен к перВому входу компаратора, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с. целью повышения точности термостатирования, н регулятор введены устройство выборки и хранения, преобразователь напряже ние - ток, генератор импульсов, элемент задержки и первый и второй ключи, при этом выход генератора тока 2. Регулятор по п. 1, о т л и -ч а ю щ и й с я тем, что генераторимпульсов содержит КБ-триггер, узелсброса, первый и второй элементы И-НЕ,первый и второй резисторы и первый ивторой конденсаторы, причем выходвторого элемента И-НЕ является прямымвыходом генератора импульсон и черезпервый конденсатор подключен к первому и второму входам первого элемента И-НЕ и первому выводу первого резистора, выход первого элемента И-НЕявляется инверсным выходом генератораимпульсов и подключен через второйконденсатор к второму входу второгоэлемента И-НЕ и первому выводу второго резистора, вторые выводы обоих резисторовв заземлены, первый вход второго элемента И-НЕ связан с выходомКБ-триггера, К-вход которого подключен к выходу узла сброса, а Б-входк управляющему входу генератора импульсов,Формула изобретения 51 6через первый клктч и вьгхг д преобразователя напряжение - ток через второй ключ подключены к пЕрному выводу резистора, прямой ныход генератора импульсон соединен с управляющим входом первого ключа и через элемент задержки - с входом управления записью устройства выборки и хранения, выход компаратора связан с управляющим входом генератора импульсов, иннерсный выход которого соединен с управляющим входом второго ключа, выход второго дифференциального усилителя подключен к входу устройства выборки и хранения, выход которого соединен с входом преобразователя напряжение - ток, а второй вход компаратора заземлен.1439551 Составитель В. Шефтельекарь Техред М.Ходанич Корректор В. Романен ктор аказ 6075/46 род, ул. Проектн Производственно-полиграфическое предприя г ВНИИП по 113035, Тираж 866осударственнолам изобретенква, Ж, Ра Подписноекомитета СССРи открытиикая наб., д. ч/