ЭЛЕКТРОННЫЙ ТЕРМОРЕГУЛЯТОР Российский патент 1996 года по МПК G05D23/24 

Электронный терморегулятор предназначен для применения в электротехнических и радиотехнических устройствах и приборах различного назначения, в частности для управления и контроля температуры обогрева.

Известно устройство для регулирования температуры [1] содержащее размещенный в корпусе термостата измерительный мост, выходная диагональ которого подключена к входу операционного усилителя, связанного с усилителем мощности, соединенным выходом через резистор с базой транзистора-нагревателя, коллектор которого через основной нагреватель на полевом транзисторе подключен к источнику питания, затвор которого соединен с выходом усилителя мощности, при этом полевой транзистор-нагреватель работает в ненасыщенном режиме с целью обеспечения заданной температуры обогрева.

Основными его недостатками являются:
а) низкий диапазон регулирования температуры до 100^oC, т.к. нагреватели-транзисторы больше не позволяют;
б) сложность устройства и невозможность регулирования температуры в больших объемах, например в несколько м³;
в) низкая надежность работы транзисторов при температуре 100^oС и более;
г) большой температурный дрейф параметров операционных усилителей и их склонность к самовозбуждению при больших коэффициентах усиления.

Известно реле температуры терморегулятора типа ПТР-2 [2] которое содержит термосопротивление, включенное в схему моста на резисторах, питающегося переменным напряжением от сетевого трансформатора, и фазочувствительный РС-усилитель на трех транзисторах для управления работой реле типа МКУ-48, которое является нагрузкой в коллекторе третьего транзистора и предназначено для сигнализации об отклонениях от заданной температуры и для ее регулирования. Недостатками этого устройства являются низкая точность и нестабильность регулирования температуры за счет нестабильности параметров РС-усилителя, сложность конструкции и потребление электроэнергии в исходном состоянии.

Наиболее близким решением является терморегулятор [3] содержащий связанные с источником питания терморезистор, задающий резистор, ограничительные резисторы, два транзистора противоположного типа проводимости, опорный стабилитрон, а также нагреватель и исполнительный элемент.

Целью настоящего изобретения является повышение стабильности регулирования температуры и упрощение устройства. Эта цель достигается тем, что в электронном терморегуляторе первый выход терморегулятора соединен с выходом задающего резистора и базой первого транзистора, а через первый ограничительный резистор с коллектором второго транзистора, база которого через второй ограничительный резистор соединена с коллектором первого транзистора, в эмиттерную цепь которого включен опорный стабилитрон, другим выводом соединенный со вторым выводом терморезистора, при этом исполнительный элемент выполнен в виде электромагнитного реле и включен в коллекторную цепь второго транзистора, а также тем, что он содержит узел аварийной защиты, выполненный на двух транзисторах, соединенных по схеме тиристора и включенных между коллектором второго транзистора и общей шиной питания, при этом управляющий вход этой схемы является входом аварийного превышения параметра.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 приведена электрическая схема электронного терморегулятора.

Он содержит терморезистор 1, соединенный с задающим резистором 2 и базой первого транзистора 3, опорный стабилитрон 4, соединенный последовательно с эмиттерно-базовым переходом первого транзистора, коллектор которого через ограничительный резистор 5 соединен с ограничительным резистором 8 и базой второго транзистора 7, эмиттер которого через ограничительный резистор 8 с общей шиной питания, а коллектор с обмоткой реле 9, являющегося исполнительным элементом, и через ограничительный резистор 10 с базой первого транзистора. Терморегулятор содержит также подогревный резистор 11 и узел аварийной защиты на включенных по схеме тиристора транзисторах 12 и 13 и входном резисторе 14, ограничительный резистор 15, нагреватель 16, опорный стабилитрон 17.

Терморегулятор работает следующим образом. С помощью терморезистора 1 и резисторов 2, 10, 11 обеспечивается открывание и закрывание транзисторов 3 и 7, т.е. импульсный режим работы. В открытом состоянии токи через транзисторы протекают, контакт реле 9 замкнут, поэтому нагревательный элемент (например, спираль) подключен к сети переменного напряжения 220 В и одновременно к ней подключен через резистор 15 дополнительный подогревной резистор 11. Заданная температура устанавливается плавно переменным резистором 2. В закрытом состоянии транзисторов 3 и 7 контакт реле разомкнут и токи через резисторы 11, 15 и нагревательный элемент 16 не протекают. Время прохождения токов и их пауза зависят от температуры среды, окружающей термодатчик на терморезисторе 1 и резисторе 11, при этом поддерживается средняя температура обогрева с высокой точностью за счет большого общего коэффициента усиления транзисторов 3, 7 и точного их порога открывания и закрывания с помощью стабилитрона 4.

На фиг.2 термодатчик включен через дополнительный усилитель.

В аварийных случаях при подаче перепада напряжения через резистор 14 на вход тиристорной схемы на транзисторах 12 и 13 срабатывает эта защитная схема, при этом размыкается контакт реле 9 и снимается напряжение с транзистора 7, что исключает его переход из закрытого состояния в открытое и, следовательно, прохождение тока обогрева. Питание устройства осуществляется от стабилитрона 17. В некоторых практических случаях сопротивление резистора 8 может быть равно нулю, а резисторы 11 и 15 могут отсутствовать. Можно исполнять устройство в виде интегральной микросхемы.

Электронный терморегулятор предназначен для управления заданной температурой обогрева в различных электронагревательных устройствах. Он содержит терморезистор 1, транзисторы 3, 7 противоположной проводимости, в первом из которых последовательно эмиттерно-базовому переходу включен опорный стабилитрон 4, дополнительную обратную температурную связь 11 с терморезистором 1 и узел аварийной защиты на включенных по схеме тиристора двух транзисторах 12, 13, отключающий терморегулятор в аварийном режиме для обеспечения пожаробезопасности. Изобретение позволит повысить стабильность поддержания температуры обогрева, надежность работы и упростить различные электронагревательные устройства. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Электронный терморегулятор, содержащий связанные с источником питания терморезистор, задающий резистор, ограничительные резисторы, два транзистора противоположного типа проводимости, опорный стабилитрон, а также нагреватель, подключенный к сети через исполнительный элемент, отличающийся тем, что первый вывод терморезистора соединен с выводом задающего резистора и базой первого транзистора, а через первый ограничивающий резистор с коллектором второго транзистора, база которого через второй ограничивающий резистор соединена с коллектором первого транзистора, в эмиттерную цепь которого включен опорный стабилитрон, другим выводом соединенный со вторым выводом терморезистора, при этом исполнительный элемент выполнен в виде электромагнитного реле и включен в коллекторную цепь второго транзистора. 2. Электронный терморегулятор по п.1, отличающийся тем, что содержит узел аварийной защиты, выполненный на двух транзисторах, соединенных по схеме тиристора и включенных между коллектором второго транзистора и общей шиной питания, при этом управляющий вход этой схемы является входом аварийного превышения параметра.