РЕГУЛЯТОР ТЕМПЕРАТУРЫ ЭЛЕКТРОПАЯЛЬНИКА Российский патент 1995 года по МПК G05D23/19 

Изобретение относится к системам управления и регулирования температуры, в частности к устройствам регулирования с термочувствительными элементами, и может быть использовано при создании электропаяльников с автоматической регулировкой температуры.

Технической задачей разработки является создание регулятора температуры электропаяльника, обеспечивающего поддержание заданной температуры паяльного стержня в пределах 100-350^оС с погрешностью в области датчика температуры не более ± 0,2^оС. Регулятор должен быть простым в изготовлении и эксплуатации, надежным в работе в производственных условиях, иметь небольшие габариты и массу, размещаться на рабочем месте монтажника, работать совместно с электропаяльником, снабженным датчиком температуры в виде терморезистора, допускать работу при безопасном напряжении переменного тока, например, до 36В.

Известен регулятор температуры, содержащий термоизмерительный мост, в одно из плечей которого включен терморезистор, в одну из диагоналей выход выпрямителя питающего напряжения, в другую диагональ вход транзисторного усилителя, на выходе которого включен исполнительный элемент в виде электромеханического реле, управляющего включением питания нагревателя [1]
Недостатком регулятора является низкая чувствительность к изменению температуры, что вызвано следующими причинами. Непрерывное питание моста выпрямленным током приводит к перегрузке терморезистора, обладающего ограниченной допустимой мощностью рассеяния. При работе же в режиме допустимых параметров терморезистора напряжение разбаланса на выходе моста слишком мало, поскольку падение напряжения на резисторе не может превышать величины
U , где Р_доп допустимая мощность (=50 мВт) рассеяния, R_т сопротивление терморезистора при рабочей температуре. Полагая, что пригодный для наших целей терморезистор (СТ-19) имеет R_т=200 Ом (при температуре 300^оС), получим U=0,2B. Соответственно этому в процессе регулирования будет малым и напряжение на выходе моста. Поэтому схема регулятора имеет низкую чувствительность к изменению температуры, а следовательно, не обеспечивает требуемой точности поддержания температуры. Существенным недостатком является также низкая надежность, обусловленная использованием в качестве исполнительного элемента электромеханического реле.

Известен регулятор температуры, содержащий термоизмерительный мост, в одно из плечей которого включен терморезистор, в одну из диагоналей источник переменного напряжения, в другую вход усилителя, управляющего триггером, на выходе которого включена дифференцирующая цепочка. Выход последней подключен к цепи управляющего электрода силового тиристора, включенного последовательно в цепь питания нагревателя [2]
Регулятор также имеет недостаточную чувствительность из-за недопустимости применения высокого напряжения питания моста без перегрузки терморезистора. Кроме того, схема регулятора сложна из-за наличия усилителя с большим коэффициентом усиления, а также триггера и дифференцирующей цепочки. Силовой тиристор должен иметь малый ток включения, что осложняет настройку регулятора.

Известен регулятор температуры, содержащий силовой тиристор, включенный последовательно в цепь питания нагревателя, пороговый элемент в виде динистора, конденсатор, диод и резистор, включенный последовательно с терморезистором [3] Данный регулятор по технической сущности является наиболее близким к заявляемому техническому решению и поэтому он выбран в качестве прототипа.

Недостатком регулятора является относительно низкая чувствительность к изменению температуры, обусловленная включением терморезистора непосредственно в цепь питающего напряжения, а также включением порогового устройства в цепь управляющего электрода силового тиристора.

Цель изобретения повышение чувствительности регулятора, а следовательно, повышение точности и стабильности поддержания заданной температуры электропаяльника.

Поставленная цель достигается за счет того, что известный регулятор, содержащий силовой тиристор, включенный последовательно в цепь питания нагревательного элемента электропаяльника, пороговый элемент, конденсатор, диод, соединенный с одним из выводов конденсатора, последовательно соединенные терморезистор и резистор, дополнительно содержит транзистор, второй и третий резисторы, образующие с первым резистором и терморезистором измерительный мост, в одну из диагоналей которого включен переход база-эмиттер транзистора, коллектор которого соединен с управляющим электродом силового тиристора, вторая диагональ моста подключена между выходом порогового элемента и одной из шин цепи питания, соединенной также с анодом диода, причем вход порогового элемента соединен с первым выводом конденсатора, второй вывод которого соединен с второй шиной питания. Поставленная цель достигается также тем, что пороговый элемент выполнен в виде тиристора, анод которого является входом, а катод выходом, и стабилитрона, анод которого соединен с управляющим электродом, а катод с анодом тиристора.

Сущность изобретения заключается в том, что датчик температуры в виде терморезистора включен в схему измерительного моста, питаемого короткими (10-15 мкс) импульсами, синхронизированными с напряжением питающей сети и имеющими относительно большую амплитуду (65-70 В при напряжении питания 36 В) и генерируемыми пороговым элементом в виде тиристора со стабилитроном, причем питание порогового элемента осуществлено от схемы удвоения напряжения, состоящей из зарядного конденсатора и диода. Напряжение разбаланса с выхода измерительного моста, усиленное одним транзистором, управляет включением или отключением силового тиристора, чем и обеспечивается процесс терморегулирования. В известных конструкциях [1, 2] терморезистор включен в схему термоизмерительного моста, питаемого током от сети питания регулятора. Как было показано выше, это приводит к значительному ограничению чувствительности регулятора из-за недопустимости перегрузки терморезистора питающим напряжением.

В заявляемом решении питание измерительного моста осуществлено короткими импульсами, формируемыми схемой, содержащей пороговый элемент. Это позволяет в сотни раз повысить чувствительность регулятора без перегрузки терморезистора.

В прототипе [3] терморезистор включен последовательно с резистором, образуя делитель напряжения, питаемый непосредственно от питающей цепи, что также обусловливает ограничение чувствительности регулятора из-за недопустимости перегрузки терморезистора.

В отличие от прототипа, в заявляемом решении терморезистор включен в схему измерительного моста, питаемого импульсным напряжением, а пороговый элемент используется для формирования импульсов. Управление же силовым тиристором осуществляется импульсным напряжением, снимаемым с выхода моста после усиления одним транзистором, что позволяет в сотни раз повысить чувствительность регулятора.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема регулятора применительно к питанию электробезопасным напряжением 36 В; на фиг.2 временные диаграммы, поясняющие принцип работы регулятора.

Регулятор выполнен следующим образом. Терморезистор 1, расположенный в паяльном стержне электропаяльника и соединенный с регулятором проводниками с, d, а также резисторы 2 (задатчик), 3 и 4 образуют измерительный мост. Силовой тиристор 5 включен проводниками а, b последовательно с нагревательным элементом паяльника в цепь питания переменного тока. Конденсатор 6 и диод 7 образуют схему удвоения напряжения, выход которой подключен к пороговому элементу, состоящему из тиристора 8 и стабилитрона 9. Выход порогового элемента подключен к первой диагонали измерительного моста, а к второй его диагонали подключен вход транзистора 10. Коллектор транзистора 10 соединен с управляющим электродом силового тиристора 5.

Регулятор работает следующим образом. При отрицательном полупериоде напряжения питания происходит заряд конденсатора 6 до напряжения 36х1,41=50В. При последующем положительном полупериоде напряжение на конденсаторе продолжает увеличиваться до тех пор, пока оно не достигнет напряжения стабилизации стабилитрона 9, что приводит к включению тиристора 8. Через открытый тиристор 8 и резисторы 1-4 моста произойдет разряд конденсатора 6. Параметры схемы выбраны такими, что эквивалентное сопротивление цепи разряда очень мало (порядка 10-15 Ом при емкости конденсатора 0,5 мкф), что определяет быстрый разряд конденсатора 6 (моменты от Т₁ до Т₂ на фиг.2). По окончании разряда конденсатора 6 ток в разрядной цепи становится значительно меньше тока включения тиристора 8, и он отключается. Напряжение стабилизации стабилитрона 9 должно быть таким, чтобы открытие тиристора 8 происходило в начале положительного полупериода, т.е. 60-65 В.

При выбранных параметрах схемы импульс длительностью 10 мкс имеет напряжение 60-65 В, а сила тока при разряде достигает 3 А.

Рассеиваемая в терморезисторе мощность при этом не превышает допустимого значения (0,05 Вт) из-за кратковременности действия каждого импульса за период. В схемах известных регуляторов, в том числе прототипа, напряжение на терморезисторе не должно превышать 0,2 В. В схеме же заявленного регулятора напряжение на терморезисторе без его перегрузки ориентировочно может быть повышено во столько раз, во сколько раз длительность импульса меньше длительности периода питающего напряжения, т.е. в =2000 раз и может быть увеличено до 0,2 В. 2000=400 В.

В данном случае при питании моста импульсами напряжением до 70 В напряжение на терморезисторе составляет 35 В, что обеспечивает повышение чувствительности регулятора в =175 раз по сравнению с прототипом.

Таким образом, при питании моста импульсами, достаточными для надежного срабатывания силового тиристора 5 (после усиления лишь одним транзистором 10) чувствительность регулятора повышается примерно в 175 раз. Это позволяет силовому тиристору 5 реагировать на отклонение температуры датчика от заданного значения на 0,1-0,2^оС, что весьма существенно.

Силовой тиристор 5 работает при этом в релейном режиме за каждый положительный полупериод питающего напряжения, пропуская практически весь полупериод питающего напряжения.

В предлагаемом регуляторе чувствительность составляет 0,2^оС на датчике. Чувствительность же на жале паяльника зависит от конструкции паяльника и может составить не более 2^оС. Регулятор имеет размеры 70х80х45 мм, массу 0,2 кг, включается непосредственно в розетку питающей сети, расположенную на рабочем месте монтажника. При использовании стандартных деталей он не требует настройки и готов к работе.

Таким образом, по сравнению с прототипом заявляемый регулятор обладает значительно большей чувствительностью и обеспечивает надежную работу без перегрузки терморезистора, что в целом способствует исключению брака дорогостоящих деталей из-за перегрева или недогрева.

Изобретение относится к системам управления и регулирования температуры, в частности к устройствам регулирования с термочувствительными элементами, и может быть использовано при создании электропаяльников с автоматической регулировкой температуры. Целью изобретения является повышение чувствительности регулятора, а следовательно, повышение точности и стабильности поддержания заданной температуры электропаяльника. Цель достигается тем, что известный регулятор, содержащий силовой тиристор, включенный последовательно в цепь питания нагревательного элемента электропаяльника, пороговый элемент, конденсатор, диод, соединенный с одним из выводов конденсатора, последовательно соединенные терморезистор и резистор, дополнительно содержит транзистор, второй и третий резисторы, образующие с первым резистором и терморезистором измерительный мост, в одну из диагоналей которого включен переход база - эмиттер транзистора, коллектор которого соединен с управляющим электродом силового тиристора, вторая диагональ моста подключена между выходом порогового элемента и одной из шин цепи питания, соединенной также с анодом диода, причем вход порогового элемента соединен с первым выводом конденсатора, второй вывод которого соединен с второй шиной питания. Пороговый элемент может быть выполнен в виде тиристора, анод которого является входом, а катод - выходом, и стабилитрона, анод которого соединен с управляющим электродом, а катод - с анодом тиристора. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. РЕГУЛЯТОР ТЕМПЕРАТУРЫ ЭЛЕКТРОПАЯЛЬНИКА, содержащий силовой тиристор, включенный последовательно в цепь питания нагревательного элемента паяльника, пороговый элемент, конденсатор, диод, последовательно соединенные терморезистор и первый резистор, отличающийся тем, что он содержит транзистор и второй и третий резисторы, образующие с первым резистором и терморезистором измерительный мост, в выходную диагональ которого включен переход база эмиттер транзистора, к коллектору которого подключен управляющий электрод силового тиристора, при этом конденсатор и диод включены по схеме удвоения питающего напряжения, к выходу которой через пороговый элемент подключена диагональ питания измерительного моста. 2. Регулятор по п.1, отличающийся тем, что пороговый элемент выполнен на тиристоре и стабилитроне, причем анод и катод тиристора являются соответственно входом и выходом порогового элемента, анод стабилитрона соединен с управляющим электродом тиристора, а катод с анодом тиристора.