Устройство для регулирования температуры тепловыделяющей аппаратуры

(и 922683 Соеэ СоветскикСоциалистииескикРеспублик ОП ИСАНИЕИЗЬВРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(61) Дополнительное к авт, свид-ву(22)Заявлено 01,09.80 (21) 2979370/18-2 Йс присоединением заявки М(5)М, Кл. 6 05 0 23/19 Гооуаарствеппый коиптет СССР(23) Приоритет Опубликовано 23, 01. 82. Бкмлетень %15 Дата опубликования описания 23 .0 ч .82(53) УДК 621,5 Б. .6 (088.8) по делам изобретений и открытпй(5 Й) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕНПЕРАТУРЫ ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩЕЙ АППАРАТУРЫ 1Изобретение относится к регулированию неэлектрических величин и может быть использовано для автоматического регулирования температуры в электрорадиоаппаратуре.Известно терморегулирующее уст 5 ройство, обеспечивающее автоматическое двухпозиционное регулирование температуры, содержащее термочувствительные элементы, задатчики режимато работы, ус илител ь си гн алов, р елей ный коммутатор и синхронно связанный с ним посредством кулачкового механизма релейный распределител ь, выходные реле, осуществляющие управление и с 15 полнит ел ьными меха ни зм а ми. Ком мут ация каналов осуществляется путем подключения соот ветст вующих пар конт актов релейного коммутатора и релейного распределителя при помощи кулачкового механизма, приводимого во вращении синхронным электродвигателем11Это устройство, решая задачу терморегулирования, не позволяет производить непрерывный и оперативный анализ температуры на контролируемых каналах, так как каждый канал поочередно подключается к релейному коммутатору в циклической последовательности один вслед за другим и, лишь спустя время, равное времени цикла, будет вновь подключен, что при быстро меняющихся процессах уменьшает точность регулирования и может привести к возникновению автоколебаний в системе регулирования, приводящих к снижению надежности устройства. Наличие трущихся частей, контактных пар в конечном счете также снижает надежность, Кроме того, данное устройство потребляет значительную мощность, так как приводной синхронный двигатель и реле находятся постоянно под напряжением .Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство для регулирования температуры, содержащее последова922683 тельно соединенные температурныедатчики, усилители постоянного тока,блоки сравнения с подключенными .кним эадатчиками температуры, пороговый элемент,.логический элемент ИЛИ, 5усилитель мощности, исполнительныйэлемент, регулирующий (рабочий) ор ган и цепи обратной связи, состоящиеиз последовательно соединенных стабилитронов и ключей 21. 1 ОУстройство обеспечивает регулирование температуры, позволяя производитьнастройку на заданные температурные.уровни.Однако устройство не обладает 15возможностью производить автоматическое регулирование температурныхуровней в зависимости от температу-.ры охлаждающего воздушного потока,не позволяя тем самым более полно ис.2 опользовать тепловой режим элементовсхемы. контролируемой аппаратуры, темсамым приводя к нерациональному использованию электроэнергии.Кроме того, отсутствие автоматического регулирования снижает надежность терморегулирующего устройстваза счет большого числа коммутации.1Цель изобретения - снижение энерзогопотребления и повйшение надежностиустройства.Поставленная цель достигается тем,что в устройство для регулированиятемпературы тепловыделяющей аппаратуры, содержащее датчики и эадатчикиЭ 5минимальной имаксимальной температуры, связанные с одними входамИсоответственно первого и второгоэлементов сравнения, выходами подключенных к входам порогового элемента,40к выходу которого подключены последовательно соединенные элемент ИЛИусилитель мощности и исполнительныйэлемент, а также блоки обратной связичерез которые соответствующие выходы45порогового элемента соединены с другими входами соответствующих элементов сравнения, введены последовательно соединенные датчик температуры охлаждающего воздушного потока и тре Отий элемент сравнения, входом соединенный с выходом задатчика минимальнойтемпературы, причем выход датчикаминимальной температуры связан свходом первого элемента сравнения через третий элемент сравнения,На чертеже представлена структурная схема устройства,4Устройство для регулирования температуры содержит датчики 1 и 2 соответственно максимальной и минимальной температуры, последовательно соединенные с усилителями 3 и 4постоянного тока, второй и первыйэлементы 5 и 6 сравнения, вход первого иэ которых соединен с выходомусилителя 3 постоянного тока, к другим входам которых подключены выходы эадатчиков 7 и 8 соответственномаксимальной и минимальной температуры и блоков 9 и 10 обратной связи так,что выход первого блока 9 обратнойсвязи подключен к третьему входувторого элемента 6 сравнения, а выход второго блока 10 обратной связиподключен к третьему входу первогоэлемента 5 сравнения,а их выходы подсоединены к соответствующим входампорогового элемента 11, выходы которого соединены с элементом ИЛИ 12,последовательно соединенного с усилителем 13 мощности, исполнительнымэлементом 14 и рабочим органом 15,последовательно соединенные датчик 16 температуры охлаждающего воздушного потока, третий усилитель 17постоянного тока и третий элемент 18сравнения, другой вход которого соединен с выходом второго усилителя 4постоянного тока, а выход третьегоэлемента 18 сравнения подключен кпервому входу второго элемента 6сравнения, причем выход третьегоусилителя 17 постоянного тока одновременно соединен с выходом второгозадатчика 8 температуры и вторымвходом второго элемента 6 сравнения.Устройство работает следующимобразом.Терморегулирующее устройствовключается одновременно с той электро.радиоаппаратурой, во внутреннем объеме которой оно должно поддерживатьзаданные уровни температуры, Причемдатчик 1 настраивается на контрольверхнего значения температуры, датчик 2 - на контроль нижнего значения температуры, а датчик 16 - наконтроль температуры воздушного потока, охлаждающего электрорадиоаппаратуру,Выходные электрические сигналы температурных датчиков будут пропорционально изменяться вслед за изменяющейся температурой внутри контролируемого объема и.температурой охлаждающего воздушного потока.5 9226С помощью задатчика 7 можно регулировать верхний предельный уровеньтемпературного диапазона, а задатчиком 8 - его нижний предельный уровень. В первоначальный момент включения аппаратура находится в "холодном" состоянии, а потому температура внутри контролируемого объема ниже верхнего предельного уровня, напороговый элемент 11 поступает сигнал только от элемента 6 сравнения,По этому сигналу пороговый элемент 11 устанавливается в положение,при котором на его втором выходепоявляется сигнал, подающий команду 15через элемент ИЛИ 12; усилитель 13мощности и исполнительный элемент 14на отключение рабочего органа 15,Одновременно с этим через блок 10обратной связи на третий вход элемента 5 сравнения подается командао снятии запрета, подготавливая егок работе, а через блок 9 обратнойсвязи на третий вход элемента 6сравнения подается команда, запрещаю щая его закрытие после того, как температура в контролируемом объемеподнимается выше нижнего автоматически регулирующего уровня, а также выше нижнего предельного уровня, те. З 0обеспечивает прохождение сигнала навторой вход порогового. элемента 11до того момента, пока на первый вход.не поступит сигнал от элемента 5сравнения,В процессе работы электрорадиоаппаратуры температура внутри контролируемого объема начнет увеличиваться, а вслед за ней - изменятьсяэлектрический сигнал на выходах дат-,цчиков 1 и 2 и незначительно на датчике 16, так как он установлен навыходе воздуховодного канала. Изменение сигнала на выходе датчиков 2и 16 не отразится на работе устрой"ства в целом, так как элемент 6 сравнения стоит на блокировке по сигна"лу, поступающему на его третий вход.Это состояние будет поддерживатьсявплоть до достижения верхнего пре 50дельного температурного уровня,заранее настроенного с помощью задатцика 7. Как только температура внутри контролируемого объема и пропорциональный ей электрический сигнал55на выходе датчика 1, усиленный .усилителем 3 постоянного тока, достигнет верхнего предельного значения,элемент 5 сравнения открывается,а на его выходе появляется сигнал,который поступает на первый входпорогового элемента 11. Вслед заэтим на первом выходе пороговогоэлемента 11 появляется сигнал, который поступает на вход блока 9обратной связи и первый вход элемента ИЛИ 12, По этому сигналу через блок 9 обратной связи на третийвход элемента 6 сравнения подаетсякоманда о снятии запрета и эле"мент 6 сравнения закрывается (темсамым он будет вновь подготовленк последующему открытию), сигнална его выходе пропадает, и в соответствии с этим пропадает сигнална втором выходе порогового элемента 11. Одновременно с этим черезблок 10 обратной связи на третийвход элемента 5 сравнения подаетсякоманда, запрещающая его .закрытиепосле того, как температура опустит 1ся ниже верхнего предельного уровня,т.е. обеспечивая прохождение сигналана первый вход порогового элемента 11до того момента, пока на второй еговход вновь не поступит сигнал отэлемента 6 сравнения. После тогокак только на первом выходе порогового элемента 11 появляется сигнал,а на втором его выходе сигнал пропадает, в соответствии с этим появляется сигнал на первом входе элемента ИЛИ 12, а на втором его входесигнал пропадает, то на выходе элемента ИЛИ 12 появляется команда, покоторой через усилитель 13 мощностиисполнительный элемент 14 произойдетвведение рабочего органа 15 в действие. Рабочий орган 15, начав функционировать, будет понижать температуры внутри контролируемого объемаэлектрорадиоаппаратуры, что вызоветодновременно с этим изменение выходных сигналов на датчиках 1,2 и 16,причем скорость изменения выходныхсигналов датчиков 1 и 2 значительнониже, чем датчика 16, так как датчики 1 и 2 с одной стороны подверженытепловому воздействию греющейсяэлектрорадиоаппаратуры, с другойохлаждающему воздушному потоку, адатчик 16 испытывает в основном воз.действие только со стороны воздушно.го потока,Таким образом, электрический сигнал от датчика 16, усиленный усилителем 17 постоянного тока, будет задавать нижнюю температурную границу,7 9226пропорциональную температуре охлаж=дающего воздушного потока, этот сиг.нал поступает на первый вход блока 18 сравнения и второй вход элемента 6 сравнения, соединенного с 5выходом задатчика 8. Причем блок 18,сравнения настраивается так, что онсрабатывает тогда, когда разностьсигналов, поступающих на его входы,достигнет наперед заданной величины, 10обусловленной тем необходимым перепадом температуры между температуройохлаждающего потока и температурой,охлаждаемой электрорадиоаппаратуры,Этот перепад температур, а следавательно и разность сигналов, выби: рается из расчета наиболее ойтимального теплообмена между охлаждающимпотоком и охлаждаемой электрорадиоаппаратурой. Одновременно с этим 20сигнал .поступает на второй входблока 6 сравнения и может изменятьсяпо величине во времени в зависимостиот температуры охлаждающего воздушного потока, складывается с сигналом,25поступающимот задатчика 8. Этот суммарный сигнал задает нижний предельный температурный уровень, которыйнастраивается, исходя из допустимыхтемпературных условий эксплуатации 5 Оэлектрорадиоаппаратуры,В процессе охлаждения под действием функционирующего рабочего оргага 15 изменение сигнала на выходедатчика 1 не отразится на работеустройства в целом, так как элемент 5сравнения стоит на блокировке по сигналу, поступившему на его третийвход. Этот состояние будет поддерживаться вплоть до достижения нижнеготемпературного уровня, обусловленного температурой охлаждающего воздушного потока и пропорционального ейэлектрического сигнала на входе датчика 16, усиленного усилителем 17постоянного тока, либо нижнего предельного температурного уровня, заранее настроенного с помощью задат- .чика 8 до необходимой величины,чтобы обеспечить суммарный сигнал,задающий нижний предельный уровень.И как только температура внутри контролируемого объема и пропорциональный ей электрический сигнал на вы - ходе датчика 2, усиленный усилите 55лем 1 постоянного тока, достигнутзаданного перепада нижнего температурного уровня, блок .18 сравнениясработает и на его выходе появится сигнал, которыи поступает на первыивход элемента 6 сравнения, которыйуже подготовлен к работе сигналом,присутствующим на его третьем входеи по поступившему сигналу ,элемент 6сравнения открывается и на его выходе появляется сигнал, который поступает на второй вход порогового элемента 11, Вслед за этим на второмвыходе порогового элемента 11 появляется сигнал, который поступает навход блока 10 обратной связи и навторой вход элемента ИЛИ 12. По этому сигналу через блок 10 обратнойсвязи на третий вход элемента 5 сравнения подается команда о снятии запрета и элемент 5 сравнения закрывается, сигнал на его выходе пропадает, а в соответствии с этим пропадает сигнал на первом выходе порогового элемента 11. Одновременно с этимчерез блок 9 обратной связи на третийвход элемента 6 сравнения подаетсякоманда, запрещающая его закрытие,т.е. обеспечивая прохождение сигналана второй вход порогового элемента 11до того момента, пока на его первыйвход вновь не поступит сигнал от эле 1 мента 5 сравнения.После того, как на втором выходепорогового элемента 11 появляетсясигнал, а на первом.его выходе сигнал пропадает, в соответствии с этимпоявляется сигнал на втором выходеэлемента ИЛИ 12, а на первом еговходе сигнал пропадает. При этомна выходе элемента ИЛИ 12 появляется команда, по которой через усилитель 13 мощности и исполнительныйэлемент 1 Й произойдет отключение рабочего органа 15,В. процессе эксплуатации температура воздушного потока может опускаться ниже предельного температурного уровня, в соответствии с этим опускается и нижняя температурная граница по сигналу, поступающему на первый вход элемента 6 сравнения, однако, достигнув нижнего предельно. го температурного уровня и пропорционального. ему суммарного сигнала, поступающего на второй вход элемента 6 сравнения, по этому сигналу элемент 6 сравнения открывается и на его выходе появится сигнал, по котораму происходит отключение ра" бочего органа 15, в описанной последов ател ь ности.9 4226Описанные процессы переключениябудут периодически повторятьсявслед за периодическими изменениями,температуры в заданных, пределах вконтролируемом объеме, 5Предлагаемое устройство позволяет повысить надежность и снизитьпотребляемую мощность за счет того,что обеспечивается возможность автоматического регулирования величины 1 Онижнего температурного уровня в зависимости от температуры охлаждающего воздушного потока, а также уменьшает количество коммутаций всех элементов терморегулирующего устройства,1включая и рабочий орган, что ведетк увеличению срока службы этой аппа"ратуры и в конечном результате такжеповышает надежйость устройства вцелом. 20При сравнении надежности потребляемой мощности предполагаемого терморегулятора с известным, обнаруженоувличение надежности и снижение потребляемой мощности у предлагаемого 25,устройства в среднем примерно на304 при автоматическом регулированиивеличины нижнего температурного уровня,Автоматическое регулирование вели- Эо. чины нижнего температурного уровняпозволяет более полно использоватьтепловой режим элементов схемы контролируемого устройства.оформула изобретения З 5Устройство для регулирования температуры тепловыделяющей аппаратуры,83 10содержащее датчики и эадатчики минимальной и максимальной температуры, связанные содними входами соответственно первого и второго элементов сравнения, выходами подключенныхк входам порогового элемента, к выходу которого подключены последова"тельно соединенные элемент ИЛИ, усилитель мощности и исполнительныйэлемент, а также блоки обратной связи, через которые соответствующиевыходы порогового элемента соединены с другими входами соответствующихэлементов сравнения, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения надежности и снижения энергопотребления устройства, оно содержитпоследовательно соединенные датчиктемпературы охлаждающего воздушногопотока и третий элемент сравнения,входом соединенный с выходом задатчика минимальной температуры, причем выход датчика минимальной температуры связан с входом первогоэлемента сравнения через третий элемент сравнения,1 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе1. Халамейзер М .Б. Автоматические установки искусственного климата. М., "Машиностроение", 1969;с.24-28. 2. Авторское свидетельство СССРпо заявке Ф 2752843,кл. С 05 0 29/19, 1979 (прототип).922683 аз 2578/б 1 . Тираж 908, ПодписноВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий13035, Москва, Ж, Раушская наб д,4/5 иал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4 Составитель И.Петкун Редактор А. Козориз Техред М. Тепер Корректор С. Шекмар