СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ Российский патент 2004 года по МПК G05D23/24 

Изобретение относится к области электротехники, в частности к способу регулирования температуры электронагревательных приборов, например, электрических утюгов, чайников, грилей, вулканизаторов, печей и т.п.

Известны ряд терморегуляторов, функционирующих на основе эффекта обратной связи. При этом нагревательный элемент и термочувствительный элемент выполняют каждый свою самостоятельную функцию.

Например, "Устройство для регулирования температуры" по описанию изобретения к а.с. СССР 1737424, кл. МПК G 05 D 23/19, опубл. 30.05.92, БИ 20 [1].

Данное устройство работает следующим образом. Термочувствительный элемент преобразует температуру нагревательного элемента к определенному виду. Устройство управления сравнивает температуру нагревательного элемента с требуемой температурой и в зависимости от знака сравнения, в соответствии с определенной передаточной характеристикой производит коммутацию ключевого элемента, замыкание которого приводит к выделению мощности на нагревательном элементе.

Недостатки данного способа регулирования температуры электронагревательных приборов следующие:

1) для построения устройств по данной схеме необходим обязательный (дополнительный) элемент схемы - термочувствительный элемент; 2) второй недостаток следует из первого, а именно, при удаленности управляющего устройства и ключевого элемента от нагревательного и термочувствительного элементов приходится использовать от четырех до семи проводов, идущих к элементам - к устройству управления и ключевому элементу; а специальные термостойкие провода имеют высокую стоимость и пониженную надежность в работе; 3) в некоторых случаях бывает невозможным получить информацию о температуре нагревательного элемента, к которому подключены, лишь два провода, например, или когда невозможно при других обстоятельствах установить в нагреватель термочувствительный элемент.

Целью предлагаемого способа является 1) создание более совершенного способа регулирования температуры элетронагревательного прибора, основанного на исключении термочувствительного элемента из схемы управления нагревательного прибора; 2) усовершенствование конструкции нагревательного элемента, обеспечивающего использование лишь двух проводов, идущих к нагревательному элементу от ключевого элемента и управляющего устройства; 3) повышение надежности работы нагревательного элемента при использовании предлагаемого способа.

Указанная цель достигается следующим образом. Из классической (традиционной) схемы регулирования температуры исключают термочувствительный элемент, а его роль выполняет непосредственно сам нагревательный элемент, при этом входы управляющего устройства подключены напрямую к нагревательному элементу.

Предлагаемый способ измерения температуры основывается на том, что все металлы и сплавы, используемые в конструкции нагревательной спирали нагревательного элемента, имеют свои значения коэффициентов температурного сопротивления. Таким образом, существует для каждой конкретной конструкции нагревательного элемента зависимость типа

где R_Н - сопротивление нагревательного элемента;

Т - температура внешней поверхности нагревательного элемента;

t - время, исчисляемое с момента отключения ключевого элемента источника напряжения.

Безусловно, каждый электронагревательный элемент состоит из нагревательной спирали, изолятора и корпуса и имеет определенное тепловое (температурное) сопротивление: нити спирали - корпуса, а корпус нагревательного элемента имеет свою теплоемкость.

Таким образом, температурное сопротивление нити спирали будет меняться в зависимости от температуры внешней поверхности нагревательного элемента и течения времени, исчисляемого с момента отключения ключевого элемента от источника напряжения и температура поверхности нагревательного элемента Т может быть выражена через значения R_Н(t), t.

В зависимости от расчетной температуры Т и требуемой температуры производится воздействие управляющим устройством на ключевой элемент в соответствии с определенной передаточной характеристикой в циклах измерения сопротивления нагревательного элемента в моменты отключения ключевого элемента от источника напряжения.

В качестве близкого аналога предлагаемому изобретению "Способ регулирования температуры электронагревательных приборов" можно принять способ, который положен в основу "Устройства для регулирования температуры" по источнику патентной информации [1].

Перечень чертежей

На фиг.1 изображена схема устройства регулирования температуры электронагревательного прибора, на основе которой осуществляется предлагаемый способ.

На фиг.2 изображена классическая схема устройства, предназначенного для регулирования температуры электронагревательного прибора, широко применяемая на сегодняшний день. На фиг.3 изображены диаграммы функционирования предлагаемого устройства по фиг.1.

Предлагаемая схема устройства для регулирования температуры электронагревательного прибора по фиг.1 состоит из источника напряжения 1, к которому подсоединен ключевой элемент 2. При включении ключевого элемента 2 через него будет проходить электрический ток, который вызовет нагревание нагревательного элемента 3. Устройство управления 4, подключенное к выводам нагревательного элемента 8, воздействует на ключевой элемент 2 в зависимости от требуемой температуры нагревательного элемента 3.

На фиг.2 изображена классическая схема устройства для регулирования температуры электронагревательного прибора, в которой обязательно используют термочувствительный элемент 5.

Предлагаемый способ регулирования температуры электронагревательных приборов осуществляют следующим образом.

С определенным периодом времени (от 20 с до 1 мин) устройство управления 4 на определенный период времени размыкает ключевой элемент 2, в результате чего у управляющего устройства 4 появляется возможность точно измерить электрическое сопротивление нагревательного элемента 3. При этом производится сбор нескольких выборок значений R_Hi с определенным промежутком времени Δt; на основании полученных данных управляющее устройство 4 производит перерасчет этих значений в Т (температуру внешней поверхности нагревательного элемента 3).

Далее управляющее устройство 4 производит сравнение значения Т с требуемой температурой в соответствии с параметрами технологического процесса, в котором используется предлагаемый способ регулирования температуры электронагревательного элемента 3.

В зависимости от знака сравнения и требуемой передаточной характеристикой управляющее устройство 4 с определенной скважностью γ будет включать/выключать ключевой элемент 2 в циклах подачи мощности к нагревательному элементу 3 от источника напряжения 1.

На фиг.3 изображены циклограммы функционирования устройства по фиг.1. На циклограммах показаны следующие обозначения:

U_H - напряжение на нагревательном элементе 3;

U_k - напряжение коммутации ключа 2;

Т - температура внешней поверхности нагревательного элемента 3;

γ - скважность импульсов;

t - время;

t₂, t₄ - защитный интервал времени;

t₁ - время, в течение которого измеряется сопротивление R_H нагревательного элемента;

t₃ - время, в течение которого выдается мощность на нагревательный элемент.

Предлагаемый способ регулирования температуры электронагревательных приборов может быть реализован на основе предлагаемого устройства по фиг.1.

Использование этого способа регулирования в промышленном масштабе обеспечит снижение материальных затрат на реализацию способа и устройства для его осуществления, а также обеспечит достаточно высокую надежность их функционирования.

Источники информации

1. Устройство для регулирования температуры. А.с. СССР 1737424, кл. МПК G 05 D 23/19, опубл. 30.05.92, БИ 20.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к способу регулирования температуры электронагревательных приборов, например электрических утюгов, чайников, грилей, вулканизаторов, печей и т.п. Технический результат - снижение материальных затрат при реализации, повышение надежности функционирования средств регулирования. Достижение результата обеспечивается тем, что устройством управления при разомкнутом им на определенный период времени упомянутом ключевом элементе измеряют электрическое сопротивление нагревательного элемента, производят сбор нескольких выборок значений сопротивления с определенным промежутком времени и производят перерасчет полученных данных в температуру нагревательного элемента, в зависимости от знака сравнения пересчитанной температуры и требуемой температуры и требуемой передаточной характеристики устройством управления с определенной скважностью включают/выключают ключевой элемент в циклах подачи мощности к нагревательному элементу. 3 ил.

Способ регулирования температуры электронагревательных приборов, заключающийся в воздействии устройством управления на ключевой элемент, через который проходит электрический ток, вызывающий нагревание нагревательного элемента, отличающийся тем, что устройством управления при разомкнутом им на определенный период времени упомянутом ключевом элементе измеряют электрическое сопротивление нагревательного элемента, производят сбор нескольких выборок значений сопротивления с определенным промежутком времени и производят перерасчет полученных данных в температуру нагревательного элемента, в зависимости от знака сравнения пересчитанной температуры и требуемой температуры и требуемой передаточной характеристики устройством управления с определенной скважностью включают/выключают ключевой элемент в циклах подачи мощности к нагревательному элементу.