РЕГУЛЯТОР ТЕМПЕРАТУРЫ НАГРЕВА Российский патент 1998 года по МПК G05D23/19 

Изобретение относится к регуляторам температуры нагрева и может быть использовано, например, при регулировании температуры нагрева паяльников, требующих точного поддержания температуры в процессе пайки.

Известен регулятор температуры нагрева паяльника [1], в котором регулирование мощности нагрева осуществляется количеством периодов напряжения питания, подаваемых на нагреватель. Количество периодов определяется по результатам сравнения заданной температуры и измеренной температуры наконечника паяльника. Обладая большим быстродействием, которое определяет точность поддержания температуры в процессе пайки при изменении тепловой нагрузки, т.е. в динамическом режиме, за счет большого динамического диапазона регулирования энергии, это устройство имеет сравнительно низкую точность регулирования в статическом режиме за счет влияния помех, наводимых в измерительной цепи мощной цепью нагрева, т.к. измерение температуры идет одновременно с нагревом.

Для повышения точности регулирования температуры за счет исключения влияния помех от цепи нагрева, нагрев и измерение температуры проводят со сдвигом во времени - в разных периодах питающего напряжения. Это осуществлено в паяльнике с регулятором температуры [2]. Недостатком устройства является ограничение эффективности нагрева за счет исключения периодов напряжения, в которых происходит измерение температуры.

Наиболее близким техническим решением по наибольшему количеству существенных признаков является устройство для регулирования температуры [3], содержащее датчик температуры, включенный в измерительный мост, в диагональ питания которого включен ключ, сумматор, к первому входу которого подключен задатчик температуры, а к выходу - вход компаратора, связанный также с выходом генератора пилообразного напряжения, входом соединенного с выходом импульсного блока питания и входом формирователя импульсов, а также тиристорный усилитель мощности, входом подключенный к выходу компаратора, в выходную цепь тиристорного усилителя мощности включен нагреватель, формирователь импульсов управления, выполненный в виде последовательно соединенных усилителя мощности и формирователя ускоренных по переднему и заднему фронту импульсов, а также блок выборки-хранения, включенный между выходом измерительного моста и вторым входом сумматора, причем формирователь импульсов выполнен в виде делителя частоты, к выходу которого подключен вход усилителя мощности формирователя импульсов управления, а выход формирователя укороченных по переднему и заднему фронту импульсов соединен с управляющим входом блока выборки и хранения.

В устройстве за цикл регулирования принят период между двумя последовательными измерениями температуры, равный 100 мс, а мощность, выделяемая нагревателем, зависит от числа сетевых импульсов, поступающих на нагреватель за каждый цикл регулирования.

Минимальное значение энергии, поступающее на нагреватель, равно энергии полупериода питающего напряжения, а максимальное - определено временем между измерениями температуры. Создание необходимого относительного динамического диапазона изменения энергии, который определяет быстродействие регулятора, т. е. точность поддержания температуры при изменении тепловой нагрузки, осуществляется формированием импульсов, выполненным в виде делителя частоты на 10. Такое построение регулятора усложняет его.

Целью изобретения является упрощение регулятора температуры.

Поставленная цель достигается тем, что регулятор температуры нагрева, содержащий последовательно соединенные датчик температуры, элемент выборки-хранения, элемент сравнения, второй вход которого подсоединен к задатчику температуры, и широтно-импульсный модулятор, другим входом подключенный к выходу формирователя синхроимпульсов, а также последовательно подключенные к питающей сети нагреватель и коммутатор, содержит последовательно соединенные одновибратор и элемент И, второй вход которого связан с выходом широтно-импульсного модулятора, а выход - с управляющим входом коммутатора, вход одновибратора соединен с выходом формирователя синхроимпульсов, а вход - с управляющим входом элемента выборки-хранения.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что исключение целого ряда элементов упрощает устройство, а введение новых - позволяет проводить нагрев и измерение температуры в каждом полупериоде питающего напряжения, что увеличивает динамический диапазон изменения энергии, подаваемой на нагреватель. В известных регуляторах температуры [1, 2, 3] минимальное значение энергии, подаваемое на нагреватель, равно энергии полупериода или периода питающего напряжения, а в предложенном устройстве минимальная величина энергии определяется длительностью включения нагревания при фазовом регулировании мощности и стремится к нулю при уменьшении разности между заданной и измеренной температурами, а максимальная - равна энергии полупериода напряжения за исключением части полупериода, в которой происходит измерение. Время измерения температуры незначительно и определяется длительностью выборки для обеспечения заданной точности работы элемента выборки-хранения.

На чертеже представлена блок-схема регулятора температуры нагрева. Он содержит задатчик температуры 1, элемент сравнения 2, датчик температуры 3, элемент выборки-хранения 4, широтно-импульсный модулятор 5, формирователь синхроимпульсов 6, одновибратор 7, элемент И 8, нагреватель 9 и коммутатор 10.

Регулятор работает следующим образом.

Напряжение, пропорциональное установленной температуре, от задатчика температуры 1 поступает на один из входов элемента сравнения 2, на второй вход которого приходит сигнал через элемент выборки-хранения 4 с датчика температуры 3. Напряжение, пропорциональное разности этих температур, с элемента сравнения 2 поступает на вход широтно-импульсного модулятора 5, где преобразует во временной интервал, пропорциональный этой разности. Далее сигнал с модулятора 5 поступает на один из входов элемента И 8 и при разрешающем сигнале на его втором входе передается на управляющий вход коммутатора 10. Разрешающим сигналом является импульс одновибратора 7, длительность которого равна максимально возможному времени включения нагрева в течение полупериода питающего напряжения при фазовом управлении мощностью нагревателя 9. Длительность импульса модулятор 5 определяет время открытого состояния коммутатора 10 и прохождение тока через нагреватель 9, т.е. степень его нагрева.

Запуск широтно-импульсного модулятора 5 и одновибратора 7 осуществляется формирователем синхроимпульсов 6, который вырабатывает импульсы запуска при равенстве нулю сетевого напряжения.

Элемент выборки-хранения 4 является элементом памяти измеренного значения температуры и в течение времени нагрева хранит величину напряжения, поступившую с датчика температуры 3. В режиме выборки элемент 4 повторяет входной сигнал, а затем по команде, поступающей на управляющий вход с одновибратора 7 переходит в режим хранения. При этом запись производится в дискретные моменты времени с частотой, равной удвоенной частоте питающего переменного напряжения. , Непрерывный сигнал, характеризующий температуру нагреваемого объекта, с выхода элемента выборки-хранения 4 поступает на вход элемента сравнения 2 для определения величины и модуля ошибки регулирования и на индикатор температуры /на блок-схеме не показан/.

Таким образом, в регуляторе осуществлено разделение во времени, измерение температуры и нагрев.

Изобретение относится к регуляторам температуры и может быть использовано в паяльниках, требующих точного поддержания температуры в процессе пайки. Цель изобретения - увеличение точности регулирования за счет повышения быстродействия процесса. Для этого нагрев и изменение температуры разносят во времени, а энергию нагрева определяют сравнением заданной и измеренной температур в каждом полупериоде питающего напряжения и измерением ее в начале или в конце полупериода, при этом регулятор температуры содержит задатчик температуры 1, соединенный со входом элемента сравнения 2, датчик температуры 3, формирователь синхроимпульсов 6 и последовательно включенные нагреватель 9 и коммутатор 10, дополнительно в регулятор температуры введены последовательно соединенные широтно-импульсный модулятор 5 и элемент И 8, элемент выборки-хранения 4, одновибратор 7, подключенный выходом к управляющему входу элемента выборки-хранения и второму входу элемента И 8, а запускающие входы широтно-импульсного модулятора 5 и одновибратора 7 подсоединены к выходу формирователя 6. 1 ил.

Регулятор температуры нагрева, содержащий последовательно соединенные датчик температуры, элемент выборки-хранения, элемент сравнения, второй вход которого подсоединен к задатчику температуры, и широтно-импульсный модулятор, другим входом подключенный к выходу формирователя синхроимпульсов, а также последовательно подключенные к питающей сети нагреватель и коммутатор, отличающийся тем, что он содержит последовательно соединенные одновибратор и элемент И, второй вход которого связан с выходом широтно-импульсного модулятора, а выход с управляющим входом коммутатора, вход одновибратора соединен с выходом формирователя синхроимпульсов, а выход с управляющим входом элемента выборки-хранения.