Регулятор температуры

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 191 (111 05 Р 23/ БРЕТЕНИ ЛЬСТВУ ВТОР СКО оответ - порогам ающеи среды,температурнымТП выше, а дртемпературы. пературу окружствующую двум(ТП). Один изниже заданнойпературе окружмежду двумя Тянии покоя. Внять. Дискрим ри темежащей ающеи среды,Р находится личины ТП мож натор темпера о изм уры 1 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ ПИСАНИЕ(71) Научно-исследовательский и экспериментальный институт автомобильного электрооборудования и автоприборов,(57) Изобретение относится к дискретному регулированию температуры спомощью балансных схем, в .частностик регулированию температуры в салонеавтомобиля высшего класса. Цельизобретения - упрощение устройства,Изобретение позволяет упроститьдвухпороговый регулятор (Р) температуры. Р одинаково реагирует на темсодержит три резистивных делителя напряжения и две термочувствительнь цепи, каждая из которых обеспечивает срабатывание Р на одном из ТП и состоит из терморезистора и регуЪ лируемого опорного резистора. Под воздействием дискриминатора операционный усилитель 2 отпирает транзисторный усилитель 3, который включает коммутирующийэлемент Включение коммутирующего элемента фиксируется цепью положительной обратной связи 5, чем предотвращают дребезг контактов. коммутирующего элемента. 3 ил.Изобретение относится к дискретному регулированию температуры с помощью балансных схем, в частности к регулированию температуры в салоне автомобиля.Цель изобретения - упрощение устройства.На фиг. 1 изображена принципиальная схема регулятора; на фиг, 2 и 3 - упрощенная балансная схема для пояснения работы регулятора на положительном и отрицательном порогах температуры.На фигурах и в тексте приняты следующие обозначения: 1), - напряжение источника питания,- потенциал относительно "земли" в характерных точках,- ток в цепях схемы, 1температурный порог срабатывания, К - сопротивление 1-го резистора.Устройство содержит балансную схему (дискриминатор температуры) 1, дифференциальный операционный усилитель 2 с двухполярным питанием, усилитель 3 мощности неинвертирующего действия, исполнительный элемент 4, например обмотка реле, обеспечивающего дискретное действие регулятора в целом, цепь 5 положительной обратной связи единого дифференциального усилителя образованного усилителями 2 и 3. Балансная схема 1 состоит из первого делителя напряжения на четырех последовательно включенных элементах 6-9. Первый из них (стабилитрон или резистор) 6 подключен к положительной шине питания, а последний (соответственно резистор.или стабилитрон) 9 - к отрицательной. Второй элемент 7 первого делителя шунтирован делителем напряжения с терморезистором, состоящим из последовательно соединенных друг с другом терморезистора 10 с отрицательным коэффициентом сопротивления и опорного резистора 11, т,е. резистора, подбираемого в процессе изготовления продукции, или переменного резистора, регулируемого на месте. Этот опорный резистор 11 подключен к третьему элементу 8 первого делителя. Элементы 7 и 8 могут быть резисторами и стабилитронами, являющимися в данном случае функционально эквивалентными элементами. Параллельно третьему элементу 8 первого делителя включен шунтирующий его делитель с терморе 40 50 55 В качестве исполнительного элемента 4 использовано коммутирующее электромагнитное реле 23, обмотка которого включена в коллекторную цепь транзистора 22 и зашунтирована диодом 24, включенным анодом на отрицательную клемму источника питания.Параллельно обмотке реле подключена цепь 5 положительной обратной связи, содержащая делитель напряжеэистором, состоящий из последовательно соединенных терморезистора 12 и опорного резистора 13, аналогичных элементам 10 и 11 соответственно, Опорный резистор 13 подключен к четвертому элементу 9 первого делителя. В схему 1 входят также второй и третий делители напряжения, каждый из которых содержит по два последовательно соединенных резистора неодинакового сопротивления. Резистор 14 второго делителя имеет меньшее сопротивление, чем резистор 15 этого делителя, Резистор 14 подключен к точке соединения терморезистора 12 с опорным резистором 13, а резистор 15 - к положительной шине питания. Общая точка резисторов 14 и 15 второго делителя подключена к инвертирующему входу дифференциаль - ного 2 и 3 усилителя (усилители).Резистор 16 третьего (резистивного) делителя имеет меньшее сопротивление, чем резистор 17 этого делителя. Резистор 16 подключен к точке соединения терморезистора 10 с опорным резистором 11. Резистор 17 соединен с отрицательной шиной питания. Общая точка резисторов 16 и 17 третьего делителя подключена к неинвертирующему входу усилителя 2-3. Соединениерезистора 17 с отрицательной шиной питания осуществлено через выходное плечо цепи 5 положительнойобратной связи для создания гистерезиса. Между выходом усилителя 2 и базой транзистора 18 включен резистор 19, а между базой и эмиттером этого транзистора и положительнойшиной питания - резистор 20.Нагрузочный резистор 21 транзистора 18 подсоединен одним концом к отрицательной шине питания (корпус, земля), а другим - к базе второготранзистора 22 усилителя. Змиттеры обоих транзисторов подключены к положительной клемме источника питания.20 Устройство работает следующим ,образом.При температуре около +20 С потенциал на инвертирующем входе уси-,лителя 2 несколько больше, чем потенциал на неинвертирующем входе. Поэтому на выходе дифференциальногоусилителя 2 поддерживается низкий потенциал, транзистор 18 отперт, атранзистор 22 заперт. При этом напряжение на обмотку реле 23 не поступает и оно не срабатывает. При повышении температуры до +27 С сопротивление обоих терморезисторов уменьшается, в связи с чем за счет действия терморезистора 10 потенциал на неинвер 50тирующем входе усилителя 2 становится несколько выше, чем потенциал на его инвертирующем входе, напряжение на выходе дифференциального усилителя увеличивается, транзистор 1855 запирается, а транзистор 22 отпирается. При этом реле 23 срабатывает.При температуре окружающей среды-20 С сопротивление обоих терморе 40 ния на резисторах 25 и 26, Резистор26 подсоединен к отрицательной клемме источника питания, а общая точка резисторов 25 и 26 подключенак резистору 17 третьего делителя 5напряжения дискриминатора температуры.Использование устройства на автомобилях преимущественно высшегокласса для управления производительностью кондиционераВ салоне кондиционером поддерживаются комфортные условия. При превышении температуры наружного воздуха +27 С, а также при пониженииее до -20 С устройство обеспечиваетпереход на максимальную производительность и дополнительный обдувстекол салона для предотвращенияих запотевания или обледенения взависимости бт температуры наружного воздуха.Наличие двух температурных порогов обусловлено выбором двух соответствующих терморезисторов и подборомопорпых резисторов 13 и 11, При этомопорным резистором 11 и высокотемпературным терморезистором 10 обеспечивают баланс дифференциального усилителя при +27 С, а опорным резисто- З 0ром 13 и низкотемпературным терморезистором 12 обеспечивают баланс диф - ференциального усилителя при -20 С. зисторов становится значительно большим номинального, Это, за счет действия терморезистора 12 приводит к понижению потенциала на инвертирующем входе усилителя 2 по сравнению с потенциалом на неинвертирующем входе и, как следствие этого, к срабатыванию реле 23.Так как параллельно обмотке реле включена цепь положительной обратной связи, то на резисторе 26 при срабатывании реле возникает напряжение, увеличивающее потенциал на неинвертирующем входе усилителя 2. Это обеспечивает срабатывание и отпускание реле (захват) при заданном температурном пороге и обусловливает некоторый гистереэис, т.е. возвращение устройства в исходное состояние происходит при несколько меньших по абсолютной величине температурах, чем величина порогов срабатывания.Принятая организация положительной обратной Связи не приводит к непостоянству порогов срабатывания, которое могло бы возникнуть при непосредственном подключении цепи положительной обратной связи к выходу усилителя из-за дрейфа остаточного напряжения.Работоспособность устройства определяется правильным выбором параметров схемы.Первый делитель напряжения выбирают низкоомным с тем, чтобы при изменениях сопротивлений терморезисторов потенциалы его выходных точек не изменялись. Плечи делителя, которые шунтируются цепями, имеющими последовательно соединенные терморезистор и опорный резистор, должны быть более низкоомными, чем два других плеча, чтобы с первых снимались достаточно малые напряжения, исключающие вызывающий погрешности самонагрев терморезисторов (из условий допустимой мощности рассеивания терморезисторов).Для обеспечения изменения разности потенциалов на входах дифференциального усилителя получение баланса, а затем требуемого разбаланса этого усилителя необходимо, чтобы одна из термочувствительных цепей (10, 11) работала на положительномотемпературном пороге Ср (в данном случае С = +27 С), а другая (12, 13) - на отрицательном темпера-20 ОС. Зто обеспечивается порналичием на положительном температурном пороге небольшой разности между величинами сопротивлений высокотемпературного терморезистора 10 и опорного резистора 11 при сопротивлении низкотемпературного терморезистора 12 значительно меньшем сопротивления опорного резистора 13, а также наличием на отрицательном температурном пороге небольшой разницы между величинами сопротивлений низкотемпературного терморезистора 12 и опорного резистора 13 при сопротивлении высокотемпературного терморезистора 10 значительно большем сопротивления опорного регистра 11.Максимальная чувствительность устройства на обоих порогах определяется большим входным сопротивлением второго и третьего делителей (14-17) по сравнению с выходным сопротивлением термочувствительных цепей, содержащих терморезистор и опорный резистор, Зто обеспечивается увеличением сопротивлений резисторов делителей, которое ограничивается лишь тем, что выходные сопротивления этих делителей должны быть значительно меньше входного сопротивления усилителя.Выбором сопротивлений резисторов всех делителей обеспечивается также одинаковое смещение по питанию на входах усилителя, равное примерно половине напряжения источника питания, В связи с этим сопротивление резистора 14 равно сопротивлению резистора 16, а сопротивление резистора 15 - сопротивлению резистора 17.Выбором резисторов 25 и 26 обеспечивают требуемый коэффициент положительной обратной связи,3713очень малое сопротивление терморезисторов 12 по сравнению с сопротивлением опорного резистора 13, Поэтомусхема дискриминатора без учета резистора обратной связи может бытьс некоторыми допущениями преобразована в упрощенную схему, изображенную на фиг. 2. При этом практическипостоянные потенциалы соответствую О щих точек первого делителя обозначены, у , у , а напряжение иск зточника питания Ц . Потенциалв общем случае является потенциаломточки соединения терморезистора 12 15 с вторым опорным резистором 13. Вданном случае вследствие соблюдениянеравенства К сс К М = 91 Я 13 4а вследствие соблюдения неравенстваКК шунтирующее действие резис 1 З Е20 тора К пренебрежимо мало. Потен 13циал точки соединения терморезистора 10 с опорным резистором 11 равен ЧПри +20 С потенциал 1 на инвер 6 25 тирующем входе усилителя 2 несколько больше потенциала М, на его неинвертирующем входе. По мере повышения температуры сопротивлениетерморезистора 10 уменьшается, по- ЗО тенциаЛ 1, и потенциал Ч, на неинвертирующем входе дифференциального усилителя растут. На положительном температурном пороге возникаетравенство , = 1 вследствие чего 35 схема срабатывает.С учетом изложенногоК +К б 14 1540Ч, -Ч,КК +К1 О45Подбором опорных резисторов 11 и 13 задают температурные пороги устройства, причем, если применять регулируемые опорные резисторы, можно изменять температурные пороги, а также компенсировать эксплуатационный уход параметров терморезисторов на заданных температурных порогах.Выбор величины сопротивления опорных резисторов производят следующим образом.На положительном (относительно +20 С) температурном порогей,+20 С характерным является 1 5 А 1 рб о о6 ТЗто позволяет установить зависимость ду КТаким образом для изменения положительного температурного порога срабатывания необходимо изменять сопротивление опорного резистора 11.На отрицательном (относительно +20 С) температурном пороге с,бс+20"Спри соблюдении условия КК схему дискриминатора можно упростить в соответствии с фиг. 3.Так же, как и в предыдущем случае. при +20 С потенциал Ч, на инвертирующем входе усилителя 2 несколько выше потенциала М, на его неинвертирующем входе. По мере уменьшения температуры сопротивление терморезистора 12 увеличивается, потенциала следовательно, и потенциалинвертирующего входа усилителя 2 уменьшаются. На отрицательном температурном пороге возникает равенство У = У вследствие чего схема сраб 7батывает.С учетом изложенногоЦ - ц 4 У +К 14 15 7 12 ф б 7 ф где . и . - ток в цепях схемы,ЯЭто позволяет установить зависимость между К и К1 ЯТаким образом, для изменения отрицательного температурного порога срабатывания необходимо изменять сопротивление опорного резистора 13.Формула изобретения10 Регулятор температуры, содержащийделители напряжения, делители напряжения с терморезисторами и последовательно соединенные дифференциальный усилитель, охваченный положитель ной обратной связью, и исполнительный элемент, о т л и ч а ю щ и й -с я тем, что, с целью упрощения регулятора, в нем подключенный к шинамисточника питания первый делитель 20 напряжения содержит четыре последовательно включенных элемента, параллельно каждому из средних элементовкоторого подключен соответствующийделитель напряжения с терморезистором, средний вывод каждого из которых через второй и третий делителисоответственно соединен с соответствующей шиной источника питания ичерез первое плечо тех же делителей - 30 с соответствующими входами дифференциального усилителя.1293713 Составитель Л.Птенцов Техред И.Попович ректор В.Бутяг Редакт челинс ное ака 4/ ород, ул. Проектна юиз водственно-полиграфическое предприятие,БНИИПИ Госу о делам изо 113035, Иос ирак 8 б 4.арственного комитетаретений и открытийва, 3(-35, Раушская н