Регулятор температуры Советский патент 1983 года по МПК G05D23/24 

Изобретение относится к автомати ческому регулированию различных теп лоэнергетических и химико-технологи ческих процессов и может быть испол зовано, например, при регулировании температуры в процессах химической технологии, при исследовании структуры и свойств материалов. Известен щиротно-импульсный терморегулятор, содержащий последовательно соединенные термочувствитель ный усилитель, усилитель мощности, а также элемент емкостной обратной связи и подключенный к формирующему усилителю источник постоянного напр жения, причем элемент емкостной обратной связи включен между входом и- выходом формирующего усилителя { Наиболее близким к изобретению по технической сущности является регулятор температуры, содержащий нагревательный элемент на транзисто ре, источник напряжения, датчик, включенный в плечо измерительного моста, блок управления мощностью нагревательного элемента, эмиттерны повторитель, трансформатор. В цепи перекрестнЕлх связей блока управлени выполненного по схеме управляемого генератора, включены термостабилизи рующие цепи, содержащие транзисторы базы которых соединены мелщу собой и с одной вершиной моста, а эмиттеры через сопротивления соединены с другой вершиной моста, коллекторы соединены через конденсатор с коллекторами одних и базами других тра зисторов генератора, эмиттеры которых соединены с источником отрицательного напряжения Г2, Недостатком известного регулятора температур является невозможност егр. применения в случае,когда требуются, изменения температуры по заданной программе во времени. Недостаточная линейность частоты преобра зования от напряжения разбаланса, низкая выходная мощность не позволяет использовать данный регулятор температуры.в объектах, требующих больших затрат мощности, а также, где необходимо обеспечить точное управление выходным напряжением и соответствующую частотную характеристику на заданной частоте переклю чения. I , Целью изобретения является повышение точности и стабильности в работе устройства. Поставленная цель достигается тем что в регулятор температуры, содерж щий нагревательный элемент, датчик, источник напряжения, блок управления мощностью нагревательного эле-. мента, введены программирующий зада чик и последовательно соединенные интегратор, операционный усилитель, ограничивающий резистор, блок-выключения тиристора, включающий транзистор и тиристор, анод которого соединен с источником напряжения, катод - с нагревательным элементом и с эмиттером выключающего транзистора, управляющий электрод соединен с входом блока выключения тиристора . ИС первым входом интегратора, вторбй и третий входы которого соеди- .. нены с датчиком, второй вход операционного усилителя соединен с выходом программирующего задатчика, входкоторого соединен с третьим входом интегратора,между управляющим электродом тиристора и вторьлм входом операционного усилителя включен стабилитрон. Кроме того, интегратор содержит операционный усилитель, прямой и-инверсный входы которого соединены с эмиттерами первого и второго эмиттерных повторителей и через соот- ветствующие первый и второй резисторы - с источником отрицательного напряжения, база первого эмиттерного повторителя соединеиа с третьим входом интегратора, база второго эмиттерного повторителя соединена через конденсатор с выходом операционного усилителя и через третий резистор с первым и вторым входами интегратора, коллекторы первого и второго змиттерных повторителей объеди-нены и соединены через четвертый резистор с источником положительного напряжения, между -коллекторами эмиттерных повторителей и общей шиной включ-ен стабилитрон., источник поло-, жительного и отрицательного напряжений соединены с соответствующими входами операционного усилителя. При этом программируюгций задатчик содержит задающие резисторы и последовательно соединенные генератор импульсов счетчик адреса И программное устройство, выходами соединен-; ное с первыми входами ключей управления, вторые входы которых-соединены с задающими резисторами, выходы ключей управления соединены между собой и с выходом программирующего задатчика. На чертеже фиг. 1 приведена схема регулятора температуры; на фиг. 2 показаны эпюры напряжений, поясняюище принцип работы преобразователя температуры в частоту импульсов, поступающих на управляющий тиристор. Регулятор температуры содержит усилитель-ограничитель 1, состоящий . из операционного усилителя 2, ограничивающего резистора 3 и стабилитрона 4, датчик 5, интегратор 6, который состоит из операционного усилителя 7, третьегорезистора 8, первого и второго резисторов 9, четвертого резистора 10, конденсатора 11, первого и второго эмиттерных повторителей 12 и стабилитрюна 13, тиристор 14, нагревательный элемент 15, выключающий транзистор 16, блок 17 выключения тиристора, состоящий из дифференцирующей цепи. 18 и 19, Одновибратор 20, цепи 21 задания длительности импульса, инвертора 22, транзистора 23 и элементов 24 задания режима, программирующий задатчик 25,. состоящий из програм№1рующих резисторов 26, утючей 27 управления, программного устройства 28, счетчика 29 адреса и генератора 30.:.

Регулятор температуры работает следующим образом.

В начал зный. момент включения разнополярные перепады напряжения (кривая 1 фиг, 2) с выхода усилителяО17раничителя 1 подаются через делитель, состоящий из датчика-термореаэистора 5 и задающих резисторов 26, На неинвертируквдий .вход операционного усилителя 7. Калибровка выходных уровней последнего осуществляется параметрическим стабилиза.тором напряжения, состоящим из резистора 3 к стабилитрона 4. Компенсация входного тока, операционного усилителя 7 осуществляется схемой, состоящей из эмиттерного повторителя 12, резисторов 9,10 и стабилитрона 13, Элементы времязадающей цепи интегратора 6 (резистор 8 и емкость 11) определяют стабильность его выходной частогты.

В момент включения сопротивление холодного терморезистора 5 максимально. Следовательно, напряжение на неинвертирующем входе операционного усилителя 7 (кривая 2 фиг. 2) максимально. В связи с тем, что напряжение на входе интегратора 6 (кривая 3-фиг. 2) убывает со скоростью,, пропорциональной разности напряжений на- входах операционного усилителя 7 данная скорость убывания напряжения. максимальна, и следовательно.частота колебаний.напряжения на выходе интегратора 6 получается тоже максимальной. Частота ВЕЛХОДНЫХ импульсов интегратора 6 ..линейна и определяется сопротивлениями терморезистора 5 задакяцих резисторов 26, резистора 8 и величиной емкости конденсатора 11.

В момент достижения линейно изменяклцегося напряжения на выходе ин- тегратора. 6 нулевого, уровня, за счет цепи положительной обратной связи с выхода усилителя-ограничителя 1 на неинвертирующий вход операционного усилителя 7 происхддит лавинообразный процесс срабатывания устройства 2 сравнения, в результате чего изменяется полярность выходного напряжения усилителя-ограничителя 1 и, как следствие, полярность скачка напряжения на выходе интегратора 6 . .

Импульсы с выхода усилителя-ограничителя 1 открывают тиристор 14, в цепь которого включен нагревательный элемент 15. Так как частота . крытия тиристора 14 в .начальный мо- .

0 мент максимальна, то он пропускает максимальную мсяцность в нагревательный элемент 15. Блок 17 выключения тиристора позволяет тиристору- 1.4 находиться в открытом состоянии в

5 течение постоянного промежутка вре- . мени. .

Тиристор 14 включается положительным импудьсом, поданным на его ., управлякмций электрод с усилителя0ограничителя 1. Этот же импульс через дифференцирующую цепь 18 запускает Одновибратор 20. По заданному положительному фронту импульса одновибратора 20, проходящему через ин5вертор 22, усилитель, состоящий из транзистора 23 и элементов 24.задания режима, открывается выключакяций транзистор 16, шунтирующий тиристор 14.

0

Ток тиристора 14 ответвляется через выключающий транзистор 16 с низким напряжением насыщения, ив момент, когда остаточный ток .тиристора 14 становится меньше тока удержки,- тиристор 14 выключается. Таким

5 образом, нахождение тиристора 14 во включенном состоянии определяется: длительностью импульса одновибратора 20, которая выбирается на порядок меньше самого короткого импульса

0 усилителя-ограничителя 1..

По мере повышения температуры сопротивления терморезистора 5 уменьшается и частота включения тиристора 14, и, как следствие, уменьшается

5 мощность, выделяемая в нагревательный элемент 15.

В качестве задатчика температуры используются задающие резисторы 26, включаекше в цепь в определенной

0 комбинации с помощью ключей по программе, заложенной в программном устройстве 28. Последнее представляет собой постоянное, запоминающее устройство емкостью 64 бит. Выбор про5граммы включения задающих резисторов 26 определяется счетчиком 29 адреса, а время их включения генератором 30 i

Использование предлагаемого устройства позволяет увеличить точность

0 и стабильность регулирования и обе.спечивает применение регулятора в объектах, требующих больших затрат .мощности..

(pvt. f

Фиг.г

1. РЕГУЛЯТОР ТЕМПЕРАТУРЫ, СОдержащий нагревательный элемент, датчик, источник напряжения, блок управления мощностью нагревательного элемента, отличающийся тем, что, с цепью повышения точности и стабильности устройства в работе, введены программирующий задатчик и последовательно соединенные интегратор, операционный усилитель, ог).,аничивающий резистор, блок выключения тиристора, выключающий транзистор и тиристор, анод которого соединен с источником напряжения, катод -с нагревательным элементом и с эмиттером выключающего транзистора, управляющий электрод соединен с входом блока выключения тиристора и с первым входом интегратора, второй и третий входы которого соединены с датчиком, второй вход операционного усилителя соединен с выходом программирующего эадатчика, вход которого соединен с третьим входом интегратора, между управляющим электродом тиристора и г вторым входом операционного усилителя включен стабилитрон. 2.Регулятор по п. 1, отличающийся тем, что интегратор содержит операционный усилитель, прямой и инверсный входы которого соединены с эмиттерами первого и второго эмиттерных повторителей и через соответствующие первый и второй резисторы - с источником отрицательного напряжения, база первого эмиттерного повторителя соединена с третьим входом интегратора, база второго эмиттерного повторителя соединена через конденсатор с выходом операционного усилителя и через третий резистор с первым и вторым входами интегратора, коллекторы первого и вто;рого эмиттерных повторителей объединены и соединены через четвертый резистор с источником полоя 1тельного напряжения, между коллекторами эмиттерных повторителей и общей шиной включен стабилитрон, источники положительного и отрицательного напряжеэ ний соединены с соответствующими 4D входами операционного усилителя. 3.Регулятор по п. 1, отлиN0 чающийся тем, что программирующий задатчик содержит задающие резисторы и последовательно соедиND 00 ненные генератор импульсов, счетчик адреса и программное устройство, соединенное выходами с первыми входа ми ключей упЕ авления, вторые входы которых соединены с задающими резисторами, выходы ключей управления соединены между собой и с выходом программирующего задатчика.