Устройство для регулирования температуры

СО 1 ОЭ СОВЕТСКИХщнмнбМаСМИ КРЕСПУБЛИК 09) 011 заэ С 05 П 23/19 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(5 б) Авторское свидетельство СССР У 830353, кл, С 05 Э 23/24, 1980.2.,Авторское свидетельство СССР Р 798698, кл. С 05 В 11/28, 1978 (прототип).(54)(57) 1, УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕИПЕРАТУРЫ, содержащее последовательно соединенные источник пульсирующего напрйжения, ограничитель напряжения и фильтр питания усилителя рассогласования, первый пороговый элемент, соединенный первым входом с выходом усилителя рассогласования, а вторым входом - с выходом генератора пилообразного на" пряжения, питаемого от ограничителя напряжения, и первый тиристорный исполнительный элементо т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью расши; рения области применения устройства, в него введены последовательно соеди. ненные инвертор, второй пороговый элемент, асинхронный КБ-триггер и второй тиристорный исполнительный элемент, второй управляющий вход Б 5-триггера подключен к выходу перво го порогового элемента, а цегь питания - к выходу источника пуяьсирующего напряжения, второй пороговый элемент вторым входом подсоединен к выходу генератора пилообразного напряжения, вход инвертора подключенк выходу усилителя рассогласования а цепь его питания - к фильтру питания, первый тиристорный исполнитель" ный элемент входом подсоединен к второму выходу КЯ-триггера. М 812, Устройство по п,1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что КЯ-триггер выполнен в виде двух параллельных цепей, состоящих из последовательно включенных эмиттерно-коллекторного перехода транзистора, тиристора и нагрузки, а база транзистора каждой цепи лодсаединена к аноду, тиристарапараллельной цепи через последовательносоединенные ограничивающий резистор истабилитрон,между базой и эмиттерам, каждого транзистора включен резисторутечки,а управляющие электроды тиристоров являются входами й 1 -триггера.Изобретение относится к области автоматики с применением тирксторов и может быть использовано, например в проявочных машинах для стабилизации заанной температуры цветного 5 проявляющего вещества в стационарной проявочной машине, где для увеличения точности регулирования необходимо применять реверсивный исполнительный элемент, а также в передвиж ньвс фотолабораториях, где широкий диапазон температуры окружающей среды кз-за знакопеременнога воздействия на объект регулирования требует управления двумя исполнительными элементами с противоположно действую" щкми регулирующими агентами.Традиционный метод построения устройств для регулирования темпера" туры состоит в разработке принципиальной схемы, решающей задачу регули. рования, а затем к этой схеме присо диняют отдельный источник питания, чаще всего стабилизатор напряжения, по сложности не уступающий схеме устройства, получается дово.ьна громоздкая схема. П 1 облема упрощения устройства решена в результате системного подходаВ тиристорных регуляторах температуры на ту часть схемы, которая ответственна за синхронную работу с питающей сетью, подают напряженке питания, выпрямленное, пульсирующее, но не сглаженное фильтрами. Это повьппает КПД устройства упрощает схему З 5 и упрощает синхронизацию сх .мы с сетью.Известно устройство для регулирования температуры, в котором с целью повьппения КПД и упрощения устройства О применены источник пульсирующего на-. пряжения и ограничитель напряжения, а также маломощный усилитель рассогласования в режиме компаратора Г 13,Устройство хорошо выполняет сваи функции, на мажет применяться только для двухпозиционнага регулирования температуры путем включения и выключения нагревателя, т.е. имеет ограниченные Функциональные воэможности,Для улучшения стабилизации температуры применяют пропорциональный закон регулирования. При этом я уст. ройства для регулирования температуры вводят аналоговый усилитель, имеющий заданный коэффициент усиления. Ега функции мажет выполнять ии тегральный операционный усилитель, потребляющий очень маленький так, Поэтому для упрошения цепей питания делается простейший фильтр талька дчя питания усилителя, построенный на конденсаторах небольшой емкости, а небольпгое количество энергии для этога берется от ограничителя пульсирующего напряжения на стабилитронах. Остальные активные элементы схемы находятся в режиме, в котором ани совсем не потребляют ток да момента их импульсного срабатывания или потребляют его в ничтажньгс количествахНаиболее близким па технической сущности является устройства для регулирования температуры, содержащее источник пульсирующего напряжения, ограничитель напряжения и фильтрпитания, а также активные элементы с малым потреблением тока: последовательна соединенные усилитель рассогласования и пороговый элемент и, кроме Гога, подключенный к второмувходу порогового элемента генераторпилообразного напряжения, а такжетиристорный исполнительный элементУстройство в связи с его простотойшироко используется в прояьочныхмашинах для пропорционального регу О 9273 4лирования температуры растворов и воздуха и для управления нереверсив ным электродвигателем21.Однако устройство имеет ограниченные функциональные возможности и не может использоваться для реверсивного управления исполнительными элементами.Цель изобретения - расширение области применения устройства, 10Поставленная цель достигается тем, что устройство для регулирования температуры, содержит последовательно соединенные источник пульсирующего напряжения, ограничитель напряжения и фильтр питания усилителя. рассогласования, первый пороговый элемент, соединенный первым входом с выходом усилителя рассогласования,а вторым ,входом -с выходом генератора пилообразного напряжения,питаемогоот ограничителя напряжения,и первый тиристор ный исполнительный элемент,а также последовательно соединенные инвертор, второй пороговый элемент, асинхронный КБ-триггер и второй тиристорныйиспол нительный элемент, второй управляющий вход КБ-триггера подключен к выходу первого порогового элемента, а цепль питания - к выходу источника пульси" 30 рующего напряжения, второй пороговый элемент вторым входом подсоединен к выходу генератора пилообразного напряжения, вход инвертора подключен к выходу усилителя рассогласования, а35 цепь его питания - к фильтру питания, первый тиристорный исполнительный элемент входом подсоединен к второму выходу К 8-триггера.КЯ-триггер выполнен в виде двух параллельных цепей, состоящих из последовательно включенных эмиттерноколлекторного перехода транзистора, тиристора и нагрузки, а база транзис" тора каждой цепи подсоединена к аноду 45 тиристора параллельной цепи через последовательно соединенные ограничивающий резистор и стабилитрон, между базой и эмиттером каждого транзистора включен резистор утечки, а управляю-и 50 щие электроды тиристоров являются входами КБ-триггера.Введение такого большого количества новых элементов, однако, нперегружает простейший источник питания, 55 можно так построить схему, что почти не увеличится нагрузка на цепи питания. В предлагаемом устройстве только инвертор, выполненный на базе интегрального операционного усилителя, незначительно увеличивает потребление тока от фильтра. Второй пороговый элемент, также как и первый, вообще не потребляет энергии. Он состоит издвух транзисторов противоположнойпроводимости, соединенных по схеме аналога двухбазового диода. До момен та срабатывания он закрыт,а в момент срабатывания оноткрывается иразряжаетвыходной конденсатор генератора пилооб. разного напряжения, пропуская через себя ток разряда на вход следующего эле. мента, Асинхронный КБ-триггер состоит из двухлогических элементов, работающих поочередно,поэтомутриггер потребляет не больше энергии,чем один расширитель импульсов, который он заменил.Целесообразно логические элементы, образуюшие триггер, выполнить в виде последовательно включенных эмиттерноколлекторного перехода транзистора,тиристора и нагрузки, а базу транзис"тора подключить к средней точке делителя напряжения, состоящего из двухрезисторов и стабилитрона.Асинхронный КЯ-триггер в предлага емом устройстве выполняет несколько функций. Во-первых, он запоминает короткий импульс, приходящий на один из его управляющих входов, и сохраняет на одном из своих выходов пришедшую информацию до конца текущего полупериода, что необходимо при индуктивном характере нагрузки, управ ляемой тиристором. Во-вторых, триггер предотвращает случайное появление сигнала сразу на двух выходах устройства, В-третьих, триггер используется в режиме хранения информации, при котором на обоих входах отсутствуют сигналы в течение време. ни от начала каждого полупериода напряжения до момента прихода импульса. Необычным является то, чтоана обойх выходах триггера при этом также отсутствует выходной сигнал, Обнуление триггера без специальных вспомогательных элементов достигается тем, что цепь литания триггера подключена к выходу источника пуль;сирующего напряжения, т.е, эа счет упрощения устройства.Устройство для регулирования отличается также методом защиты КБ- триггера от запрещенного перехода из обнуленного состояния в состоя-.ние, характеризующееся одновременным появлением сигналов на управляющих входах (К 81). С этой целью вторые входы обоих пороговых элементов соединены и подключены к выходному 5 конденсатору генератора пилообразных напряжений, а первые входы - к источникам управляющих сигналов, всегда имеющих противоположную полярность, т.е. основной пороговый элемент полу О чает сигнал управления непосредствен но от усилителя рассогласования, а дополнительный пороговый элемент- через инвертор. При этом пороговый элемент, сработавший от управляюще го сигнала, разряжает выходной конденсатор генератора пилообразного напряжения и этим исключает возможность срабатывания другого порогового элемента. 20Предлагаемое устройство предназначено для управления исполнительными элементами реверсивного действия или исполнительными элементами с двумя противодействующими каналами. р 5 Это дает возможность испольэовать устройство для болееточного регулирования температуры, а также при знакопеременном воздействии окружающей средыЗОНа фиг.1 изображена структурная схема предлагаемого устройства для регулирования температуры;.на фиг.2 пример выполнения функциональной электрической схемы предлагаемого35 устройства с реверсивным исполнитель ным элементом; на фиг.З - то же, с исполнительными элементами с двумя противодействующими потоками энергии; на фнг.4 - осциллограмм напряжений на отдельных элементах, поясняющие работу схемы,Устройство для регулирования температуры содержит последовательно соединенные источник пульсирующего напряжения 1,фиг.1), ограничитель напряжения 2, фильтр питания 3, усилитель рассогласования 4, первый пороговый элемент 5, асинхронный ЙЯ-триггер 6 и первый тнрнсторный5 О исполнительный элемент 7, а также второй пороговый элемент 8, первый вход которого через инвертор 9 соединен с выходом усилителя 4, второй вход - с вторым входом первого порого55 ного элемента 5 и выходом генераторапилообразного напряжения 10, а щаход - .с управляющим входом триггера б. Второй тиристорный исполнительный элемент 11 подключен к второму выходу триггера б.Цепи питания элементов подключены: триггер 6 - к выходу источника пульсирующего напряжения 1, генератора пилообразного напряжения 1 О - к выходу ограничителя напряжения 2, инвертора 9 - к выходу фильтра питания 3.Логические элементы, образующие асинхдонный КЯ-триггер 6, наиболее целесообразно выполнить в виде последовательно включенных транзистора 12 фиг,2 ,тиристрра 13 и нагрузки 14 - входного элементаоптронной пары. База транзистора 12 подсоедкнена к средней точкеделителя напряжения,со-. стоящего из резистора утечки 15,ограни чительного резистора 16 и стабнлитрона 17.Делитель напряжения каждого логичес. кого элемента подключен к выходу другого. Тиристорные исполнительные элементы 7 и 11 включены в цепи пи- тания обмоток реверсивного электродвигателя 18, регулирующего степень подачи хладагента через вентиль 19 в теплообменник 20. Температура регулируемой среды контролируется датчиком 21, подключенным к одному из входов усилителя рассогласования 4, к другому входу которого подключен задатчик температуры 22.Средняя точка стабилитронов огра" ничителя напряжения 2 образует шинунулевого потенциала, а крайние точки - отрицательную и положительную шины гитания с потенциалами +Б.Пороговые элементы 5 и 8 выполнены из двух транзисторов противоположных типов проводимости, соеди". ненных по схеме аналога двухбазового диода,Тиристорные исполнительные элементы 11 и 7 (фиг.З) могут управлять независимыми элементами с противодействующими потоками энергии нагревателем 23 и охладителем 24.Устройство работает следующим образом.Источник 1 вырабатывает пульсирующее напряжение 11, (фиг.4 а), которое ограничивается и стабилизируется по амплитуде ограничителем напряжения 2, форма выходного напряжения П которого имеет вид трапеции (см.фиг,4 б).Ксли температура регулируемой среды равна заданной, на,входе уси1092473 7лителя рассогласования 4 и на его выходе устанавливается напряжение,. равное потенциалу шины нулевого потенциала П . Генератор пилообразногс напряжения О настроен так, что его напряжение, имеющее максимально отрицательную амплитуду в начале полу- периода к концу полупериода Бо (фиг.4 в) достигает нулевого потенциала. В этом случае пороговые элемен 1 О ты 5 и 8 не срабатывают, до конца полупериода тиристорные исполнитель-, ные элементы 7 и 11 не включаются и электродвигатель 18 неподвижен, Вентиль находится в приоткрытом состоя". нии, Притоки технологического тепла полностью компенсируются уносом тепла забираемым хладагентом.В конце каждого полупериода величина питающего напряжения умень О шается до нуля, потенциалы всех шин питания становятся равны нулю, напряжение на первых входах пороговых элементов 5 и 8 также уменьшается до нуля, в то время как на вторых 25 входах остается потенциал заряженногс конденсатора генератора пилообразного напряжения О относительно отрицательной шины - 0, Появляется разность потенциалов между входами, которая открывает пороговый элемент, в результате чего конденсатор разряжается. Происходит синхронизация генератора пилы 10 с сетью, Обычно же для этой цели ставят специальный ключ. С начала следующего полупериода при появлении питающего напряжения, конденсатор начинает заряжаться.Триггер 6 также питается пульси" рующим напряжением от источника 1, Поэтому в конце полупериода при нуле. вом напряжении питания тиристоры 13 (фиг.2) триггера закрываются и в начале следующего полупериода они всегда закрыты. По мере роста напряжения на анодах тиристоров, это напря жение подается на базу транзисторов 12 и открывает их,подготовив триг - гер к приему сигнала на один ыз управляющих входов. Таким образом, отличительной особенностью является примененный в устройстве простой способ обнуления триггера в конце каждого полупериода без специальных устройств, а только за счет подключения его55 цепей питания к источнику пульсирующего напряжения и применения в нем тиристоров - полууправляемых приборов. Если под действием окружавшей среды температура регулируемой средыувеличится, сигнал от датчика 21температуры станет больше, чем сигналот задатчика 22, на входе усилителярассогласования 4 появится положительный сигнал, на выходе усилителятоже появится положительный сигнал,который заведомо выше пилообразногонапряжения, и пороговый элемент 5не сработает.Напряжение на выходе инвертораотрицательной полярности, по величинеравно напряжению усилителя.,В моменты времени, когда напряжение инвертора 9 становится равным напряжениюпилы (фиг.4 г), пороговый элемент 8срабатывает и на его выходе появляются короткие импульсы (фиг,4 д), подаваемые на второй вход триггера 6.Тиристор 13 (фиг,2) включается, напряжение на его аноде уменьшается втечение нескольких микросекунд, врезультате чего транзистор 12 закрывается и предотвращает включениевторого тиристора 3, Триггер принялкороткий управляющий импульс и запомнил его. В результате идет ток(см. фиг.че) через светоизлучающийэлемент 14 и включится тиристорныйисполнительный элемент 11, подаваяток в обмотку электродвигателя 18.Электродвигатель 8 открывает вентиль 19, увеличивая подачу хладагентаи охлаждая регулируемую среду черезтеплообменник 20. Чем больше разностный сигнал на входе усилителярассогласования, тем больше токчерез обмотку двигателя 18 и тембольше скорость его вращения. Придостижении заданной температуры двигатель остановится, а при ее понижении вращается в противоположную сторону, уменьшая подачу хладагента.При этом на выходе усилителя 4 отрицательное напряжение а на выходеинвертора 9 - положительное.Управляющие импульсы вырабатываются пороговым элементом 5, а черезтриггер 6 включается тиристорныйисполнительный элемент 7, подаваягок в другую обмотку двигателя и реверсируя его,В тех случаях, когда широкий диапазон температуры окружающей средыоказывает знаколеременное воздействиена объект регулирования и требуетсяприме.ение двух исполнительных элементов с противоположно действующими9 1092регулирующими агентами, схема устройства выглядит так, как она изобра",жена на фиг.3,Если температура равна заданной,на входе усилителя рассогласования4 разность напряжений равна нулю,ни один из тиристорных исполнительныхэлементов 7 и 11 не включаются, также как и нагреватель 23, охладитель 24. 1 ОПри уменьшении температура окружающей среды и регулируемой среды навходе усилителя рассогласования 4появляется отрицательйый сигнал, который включает нагреватель 23, причем чем больше сигнал, тем сильнеенагрев. Это приводит к компенсациивоздействия окружающей среды и восстановлению регулируемой температурыс заданной степенью точности. При 20.повышении температуры окружающейсреды выше температуры регулируемойсреды последняя начинает повышаться,на входе усилителя рассогласования4 появляется положительный сигнал,который включает охладитель 24 и этимкомпенсирует воздействие окружающейсреды.В серийно изготовляемых в настоящее время проявочных машинах серии, ЗО47 П (базовая модель) для стабилизациитемпературы фотохимических растворовприменяются регулирующие устройства,О в которых выходным элементом являетсяэлектромеханическое реле. Во избежа- .ние быстрого износа реле в результате его частого срабатывания датчиктемпературы ставится как можно дальшеот исполнительного элемента - электромагнитного вентиля холодной водыустановленного на теплообменнике.Такая система регулирования обладаетзапаздыванием и позволяет уложитьсяв пределы допуска (0,3 С) толькопосле тщательной настройки, так. какколебания температуры занимают всеполе допуска,Применение предлагаемого устройст.ва для регулирования температуры,которое является бесконтактным иреверсивным, совместно с исполнительным элементом - электромоторным вентилем позволит увеличить точностьрегулирования до О,1 С и вьпне, т,е,в три раза точнее и в то же времяпозволит значительно сократить процесс настройки проявочных машин -увеличится производительность труданаладчиков примерно на 20%,Кроме того, предлагаемое устройст"во как более простое по цепям питания и по принципиальной схеме, имеетменьшую интенсивность внезапных отказов чем традиционные устройства,следовательноего надежность на20-30% выше,