РЕГУЛЯТОР ТЕМПЕРАТУРЫ Российский патент 1994 года по МПК G05D23/19 

Изобретение относится к технике автоматического регулирования, в частности к устройствам автоматического регулирования температуры объектов приборной автоматики, предназначенных для работы при низких температурах окружающей среды в условиях дестабилизирующих факторов в виде изменения температуры окружающей среды, напряжения питания, частоты опорного переменного напряжения и т. д.

Известен регулятор температуры, содержащий последовательно соединенные датчик температуры и усилитель, а также канал управления, содержащий последовательно соединенные пороговый элемент, элемент совпадения, формирователь импульсов управления и управляемый выпрямитель (усилитель мощности), выход которого подключен к нагрузке, а также последовательно соединенные генератор пилообразного напряжения и сумматор и опорный элемент [1] .

Однако этот регулятор температуры обладает недостаточной точностью регулирования при воздействии возмущения в виде изменения напряжения питания, приводящего к изменению напряжения источника опорного напряжения, либо к изменению амплитуды пилообразного напряжения на выходе генератора пилообразного напряжения. Все это приводит к значительной погрешности регулятора температуры в районе выхода регулятора в режим статирования температуры.

Из известных пропорциональных регуляторов температуры наиболее близким по технической сущности к изобретению является регулятор температуры, содержащий последовательно соединенные мостовой датчик температуры, усилитель-демодулятор. сумматор, пороговый элемент, первый формирователь импульсов управления, усилитель и нагреватель, а также трансформатор, подключенный входом к источнику опорного переменного напряжения, первым выходом к входу мостового датчика температуры, а вторым выходом через второй формирователь импульсов к входу генератора пилообразного напряжения и к управляющему входу усилителя демодулятора, и амплитудный детектор, подключенный выходом к второму входу порогового элемента [2] .

Однако этот регулятор температуры обладает недостаточной точностью регулирования при воздействии возмущения в виде изменения опорной частоты, заключающейся в том, что при изменении частоты пропорционально изменяется и напряжение на нагревателе за счет того, что изменяются длительность и амплитуда пилообразных импульсов, длительность и амплитуда тем больше, чем меньше частота при одних и тех же времязадающих элементах в генераторе пилообразного напряжения), что приводит к изменению напряжения нагревателя при одних и тех же напряжениях рассогласования моста, то же происходит и при изменении напряжения питания. Все это снижает точность поддержания заданной температуры.

Цель изобретения - повышение точности поддержания температуры при действии дестабилизирующих факторов (изменение частоты опорного напряжения, изменение напряжения питания и т. д. ).

На чертеже представлена структурная схема регулятора температуры.

Регулятор температуры содержит последовательно соединенные мостовой датчик 1 температуры, усилитль-демодулятор 2, первый сумматор 3, пороговый элемент 4, первый формирователь 5 импульсов управления, усилитель 6, нагреватель 7, а также трансформатор 8, подключенный входом к источнику переменного напряжения, первым выходом к входу мостового датчика 1 температуры, а вторым выходом к входу второго формирователя 9 импульсов управления, первый выход которого подключен к управляющему входу усилителя-демодулятора 2, а второй выход - к входу генератора 10 пилообразного напряжения. Выход генератора пилообразного напряжения подключен к первому входу второго сумматора 11, к второму входу которого подключен выход дифференциального усилителя 12, а выход второго сумматора подключен к второму входу первого сумматора 3 и к входу амплитудного детектора 13, выход которого подключен к второму входу порогового элемента 4 и к входу резистивного делителя 14. Выход резистивного делителя 14 подключен к первому входу дифференциального усилителя 12, к второму входу которого подключен выход источника 15 положительного опорного напряжения.

Регулятор температуры работает следующим образом.

Через трансформатор 8 переменное напряжение поступает в диагональ мостового датчика 1 температуры, в одно плечо которого включен датчик температуры (терморегулятор). Сигнал рассогласования усиливается усилителем-демодулятором 2 и преобразуется в постояное напряжение одной полярности, когда температура термостатируемого объекта ниже заданной, и другой полярности, когда температура объекта выше заданной.

Пусть температура объекта равна заданной, тогда мостовой датчик 1 температуры сбалансирован, напряжение в его измерительной диагонали равно нулю, поэтому напряжение на выходе усилителя-демодулятора 2 также равно нулю. Второй формирователь 9 импульсов управляет работой усилителя-демодулятора и генератора 10 пилообразного напряжения, на выходе которого вырабатываются положительные пилообразные импульсы. Они поступает через второй сумматор 11 на второй вход первого сумматора 3 и на вход амплитудного детектора 13, на выходе которого вырабатывается положительное постоянное напряжение, равное амплитуде положительных пилообразных импульсов на выходе второго сумматора 11. Это положительное напряжение поступает на второй вход порогового элемента 4, на первый вход которого поступают положительные пилообразные импульсы с выхода сумматора 3, амплитуда которых равна постоянному напряжению амплитудного детектора 13, на выходе порогового элемента 4 устанавливается напряжение, запирающее формирователь 5 импульсов управления, и ток через нагреватель 7 через усилитель 6 мощности не поступает. Одновременно с этим постоянное напряжение с выхода амплитудного детектора 13 поступает на вход резистивного делителя 14 напряжения, на выходе которого вырабатывается положительное постоянное напряжение, равное постоянному положительному напряжению опорного элемента 15 при номинальном напряжении питания и номинальной частоте переменного напряжения на входе трансформатора 8, на выходе дифференциального усилителя 12 устанавливается напряжение, равное нулю, и амплитуда пилообразного напряжения на выходе второго сумматора 11 не изменяется.

Как только объект остывает. мостовой датчик 1 температуры разбалансируется, напряжение в его измерительной диагонали не равно нулю, усиливается и преобразуется усилителем-демодулятором 2 в положительное напряжение, величина которого пропорциональна разности между температурой объекта и заданной температурой (температурой статирования). Это положительное напряжение складывается с положительными пилообразными импульсами в сумматоре 3, и на первом входе порогового элемента 4 напряжение больше, чем на его втором входе. На выходе порогового элемента 4 вырабатывается напряжение, отпирающее первый формирователь 5 импульсов, и в нагреватель 7 через усилитель 6 мощности поступает импульс тока, длительность которого пропорциональна величине разности текущей температуры тела и заданной температуры.

При уменьшении частоты переменного напряжения, поступающего на вход трансформатора 8, увеличивается длительность импульсов на выходе формирователя 9, увеличивается время заряда времязадающего конденсатора в генераторе 10 пилообразного напряжения, соответственно увеличивается амплитуда пилообразных импульсов на выходе генератора 10 и выходе сумматора 11. Начинает расти и напряжение на выходе амплитудного детектора 13. Напряжение на выходе делителя 14 также увеличивается и становится больше, чем на опорном элементе 15, и на выходе дифференциального усилителя 12 устанавливается отрицательное напряжение, которое поступает на второй вход второго сумматора 11. На выходе последнего пилообразные импульсы смещаются на величину постоянного отрицательного напряжения дифференциального усилителя 12 в область отрицательных сигналов, при этом амплитуда положительных импульсов и их длительность за счет этого остаются практически неизменными и время открытого состояния усилителя мощности при одном и том же сигнале рассогласования моста также остается неизменным, что и повышает точность работы регулятора температуры.

При получении частоты на входе трансформатора 8 амплитуда и длительность импульсов на выходе генератора 10 пилообразных импульсов уменьшаются, соответственно уменьшается амплитуда импульсов на выходе сумматора 11 и постоянное напряжение на выходе амплитудного детектора 13. Напряжение на выходе делителя 14 напряжения становится меньше, чем напряжение на опорном элементе 15 и на выходе дифференциального усилителя 12 устанавливается положительное напряжение, которое поступает на второй вход сумматора 11, складывается с положительными импульсами и на выходе сумматора 11 амплитуда импульcов будет неизменной и при одном и том же напряжении рассогласования, время протекания тока через нагреватель также не изменяется, что приводит к повышению точности поддержания температуры. Те же процессы происходят и при изменении амплитуды пилообразного напряжения, что также повышает точность работы регулятора температуры.

Таким образом, в заявленном устройстве значительно повышается точность поддержания температуры при действии дестабилизирующих факторов в виде изменения частоты опорного напряжения и сответственно изменении амплитуды пилообразных импульсов, так как при одних и тех же напряжениях рассогласования моста среднее значение тока через нагреватель не изменяется.

(56) 1. Авторское свидетельство СССР N 771631, кл. G 05 D 23/19, 1979.

2. Авторское свидетельство СССР N 1399718, кл. G 05 D 23/19, 1988.

Регулятор температуры относится к области автоматического регулирования, в частности к устройствам автоматического регулирования температуры объектов приборной автоматики, предназначенных для работы при низких температурах окружающей среды в условиях дестабилизирующих факторов в виде изменения температуры окружающей среды, напряжения питания, частоты опорного переменного напряжения и т. д. Цель изобретения - повышение точности работы регулятора температуры за счет повышения стабильности протекания тока через нагреватель при изменении частоты питающего напряжения и изменении напряжения питания при одной величине рассогласования моста. Регулятор температуры содержит последовательно соединенные мостовой датчик 1 температуры, усилитель-демодулятор 2, первый сумматор 3, пороговый элемент 4, первый формирователь 5 импульсов управления, усилитель 6, нагреватель 7, трансформатор 8, второй формирователь 9 импульсов управления, генератор 10 пилообразного напряжения, амплитудный детектор 13, резистивный делитель 14 напряжения, источник 15 опорного положительного напряжения 15, дифференциальный усилитель 12 и второй сумматор 11. 1 ил.

РЕГУЛЯТОР ТЕМПЕРАТУРЫ, содержащий последовательно соединенные мостовой датчик температуры, усилитель-демодулятор, первый сумматор, пороговый элемент, первый формирователь импульсов управления, усилитель и нагреватель, а также трансформатор, подключенный входом к источнику переменного напряжения, первым выходом к входу питания мостового датчика температуры, а вторым выходом через второй формирователь импульсов - к входу генератора пилообразного напряжения и к управляющему входу усилителя-демодулятора, а также амплитудный детектор, подключенный выходом к второму входу порогового элемента, отличающийся тем, что, с целью повышения точности регулятора, он содержит последовательно соединенные резистивный делитель напряжения, дифференциальный усилитель с источником опорного сигнала на втором входе и второй сумматор, подключенный вторым входом к выходу генератора пилообразного напряжения, а выходом - к второму входу первого сумматора и к входу амплитудного детектора, выход которого соединен с входом резистивного делителя напряжения.