РЕГУЛЯТОР ТЕМПЕРАТУРЫ Российский патент 2004 года по МПК G05D23/19 

Заявляемое изобретение относится к устройствам для регулирования и стабилизации температуры и может применяться для регулирования температуры паяльников в частности.

Уровень техники

Известно устройство для регулирования температуры (1) с малым уровнем радиопомех, выбранное в качестве прототипа, содержащее датчик и задатчик температуры, подключенные к входам усилителя, выход которого соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, выходами соединенными с одними входами цифрового элемента сравнения, к другим входам которого подключены выходы счетчика переходов через ноль питающего напряжения, и формирователь импульсов запуска тиристора, подключенного к нагрузке.

Недостатком этого устройства можно считать избыточное количество устройств, содержащихся в регуляторе, применительно к регуляторам среднего класса точности, т.е. с точностью регулирования ±1°С. Достоинство этого устройства - отсутствие радиопомех.

Сущность изобретения

Задача изобретения - упрощение устройства с сохранением достоинств прототипа.

Сущность изобретения заключается в том, что в регулятор температуры, содержащий датчик и задатчик температуры, подключенные к входам усилителя, тиристорный ключ, соединенный с нагревателем, дополнительно введен усилитель, выходом подключенным к управляющему электроду тиристора, резистор и диод, анодом подключенный к источнику пульсирующего напряжения, а катодом к входу дополнительного усилителя, к которому через дополнительный резистор подключен выход усилителя.

При этом, когда нагреватель имеет температуру ниже установленной задатчиком, на выходе усилителя устанавливается низкое напряжение, разрешающее формирование импульсов запуска тиристора дополнительным усилителем, при близких к нулевым значениях пульсирующего напряжения, поступающего на вход дополнительного усилителя через дополнительный диод.

Таким образом, для формирования импульсов запуска тиристора, в моменты перехода через нулевые значения питающего напряжения, что снижает уровень радиопомех, достаточно трех дополнительных недорогих элементов - усилителя, диода и резистора. Это позволяет изготовить недорогой регулятор температуры с хорошими характеристиками.

Изобретение сопровождается графическим материалом

Фиг.1 - функциональная схема.

Фиг.2 - эпюры напряжений в характерных точках функциональной схемы.

Регулятор температуры по фиг.1 содержит датчик температуры 1, задатчик температуры 2, резистор 4, исключающий перегрузку выхода первого усилителя 3, при подключении его через диод 5 к источнику пульсирующего напряжения 6, второй усилитель 7, нагреватель 8 и тиристорный ключ 9. Источником пульсирующего напряжения 6 является выпрямитель переменного напряжения.

Работа регулятора температуры.

При подключении регулятора к источнику переменного напряжения, уровень напряжения с выхода датчика 1 меньше, чем напряжение с выхода задатчика 2, так как нагреватель "холодный". На выходе усилителя 3 устанавливается низкий уровень напряжения (фиг.2, эпюра "б", время t₀). На вход усилителя 7 через диод 5 поступает пульсирующее напряжение (фиг.2, эпюра "а"). При некотором напряжении, близком к нулевому значению, на выходе усилителя 7 появляются импульсы, длительность которых обусловлена уровнем срабатывания усилителя относительно уровня пульсирующего напряжения. Причем уровень срабатывания и связанная с этим длительность импульса на выходе усилителя 7 должна удовлетворять условию запуска тиристора - т.е. за время действия импульса, напряжение на аноде тиристора должно достичь открывающего значения. Иначе, ток анода тиристора, в момент поступления напряжения на управляющий электрод должен быть не менее оговоренных ТУ на данный тип тиристора. Практически, при длительности импульса, симметричной относительно нулевого значения сетевого напряжения, 1-2 мс, тиристор хорошо запускается при начальном напряжении на аноде 4-7 В. В этом случае уровень радиопомех незначительный, так как ток через нагреватель рассчитанный, например, на напряжение 42 В и мощностью 70 Вт, будет составлять менее 0,25 А.

Первый импульс, который приходит от усилителя 7, запускает тиристор 9 на скате напряжения питания (фиг.2, эпюра "г", время t₀). Именно в этот момент образуются радиопомехи. Далее, напряжение на тиристоре 9 уменьшается до нулевого значения, и снова начинает нарастать, так как действие импульса с выхода усилителя 7 не прекращается. После прохождения полуволны питающего напряжения, усилитель 7 формирует второй импульс, но вплеска тока тиристора не происходит, так как тиристор 9 еще открыт. При нулевом значении питающего напряжения тиристор 9 запирается, и при новом нарастании питающего напряжения тиристор 9 снова открывается, так как на управляющем электроде еще присутствует импульс от усилителя 7. Нагреватель прогревается пульсирующим напряжением до значения, установленного задатчиком, нагрев происходит без излучения радиопомех, так как тиристор открывается практически при нулевых значениях напряжения сети. В силу инерционности датчика температуры, нагрев прекращается при температуре нагревателя несколько больше, чем установлено задатчиком. При этом с выхода усилителя 3 через резистор 4 на вход усилителя 7 подается высокий уровень напряжения, и диод 5 запирается. На выходе усилителя прекращается формирование импульсов запуска тиристора 9 (фиг.2, эпюра "г", время t₁-t₂). Время паузы (t₁-t₂) обуславливается величиной перегрева нагревателя и скоростью остывания нагревателя. Для паяльника это связано с интенсивностью пайки.

Когда температура нагревателя станет меньше установленной задатчиком 2, выходное напряжение усилителя 3 становится низким, усилитель 7 формирует импульсы запуска тиристора 9, и первый импульс снова запускает тиристор 9 на скате напряжения питания (фиг.2, эпюра "г", время t₂), но последующие импульсы запускают тиристор 9 без импульсных всплесков.

Пример исполнения регулятора

По заявляемому техническому решению был изготовлен регулятор температуры, в качестве первого усилителя использовался операционный усилитель 140 УД 7, второго усилителя - транзистор КТ 313, диод - 2 Д 322 Б, тиристор - КУ 202 РН, датчик - термопара ХА, задатчик - потенциометр, а в качестве нагревателя - паяльник по А.С. N1594807.

Проверялся уровень помех, который составил - 50 мкВ на частоте 100 кГц, на частотах выше 1 МГц помехи составляли порядка 5-1 мкВ на расстоянии 1 м от паяльника.

Нестабильность температуры стержня паяльника при изменении напряжения источника питания от 35 до 50 В не превышала ±1°С.

Источник информации

1. Устройство для регулирования температуры. А.С. №1312546.

Изобретение относится к технике регулирования и стабилизации температуры в маломощных нагревательных устройствах, в частности в электрических паяльниках с низковольтным питанием. Сущность изобретения: регулятор температуры содержит датчик температуры и задатчик температуры, подключенные ко входам первого усилителя, тиристорный ключ, подключенный выходом к нагревателю, второй усилитель, выходом подключенный к управляющему электроду тиристора, резистор и диод. Диод подключен анодом к источнику пульсирующего напряжения, а катодом к входу второго усилителя, к которому через резистор подключен выход первого усилителя. Достигаемый технический результат - упрощение устройства, отсутствие радиопомех. 2 ил.

Регулятор температуры, содержащий датчик температуры и задатчик температуры, подключенные ко входам первого усилителя, тиристорный ключ, подключенный выходом к нагревателю, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен вторым усилителем, выходом подключенным к управляющему электроду тиристора, резистором и диодом, подключенным анодом к источнику пульсирующего напряжения, а катодом к входу второго усилителя, к которому через резистор подключен выход первого усилителя.