Устройство для регулирования температуры Советский патент 1984 года по МПК G05D23/19 

2. Устройство по n.J, о т л и чающееся тем, что RS-триггер выполнен в виде двух параллельных цепей, состоящих из последовательно включенных эмиттерно-коллекторного перехода транзистора, тиристора и нагрузки, а база транзистора каждой

цепи лодсоединена к аноду, тиристора „ параллельной цепи через последовательно соединенные ограничивающий резистор и стабилитрон,между базой и эмиттером , каждоготранзистора включен резистор утечки,а управляющие электроды тиристо-ров являются входами R г -триггера.

I. УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ, содержащее последовательно соединенные источник пульсирующего напряЬкенйя, ограничитель напряжения и фильтр питания усилителя рассогласования, первый пороговый элемент, соединенный первым входом с выходом усшштеля рассогласования, а вторым йходой - с выходом генератора пилообразного напряжения, питаемого от ограничителя напряжения, и первый тиристорный исполнительный элемент,.о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью расши: рения области применения устройства, в него введены последовательно соединенные инвертор, второй пороговый элемент, асинхронный RS-триггер и второй тиристорный исполнительный элемент, второй управляющий вход RS-триггера подключен к выходу первого порогового элемента, а цепь пита- ния - к выходу источника пульсиругацего напряжения, второй пороговый элемент вторым входом подсоединен к выходу генератора пилообразного на пряжения, вход инвертора подключен к выходу усилителя рассогласования, , (/) а цепь его питания - к фильтру питания, первый тиристорный исполнительный элемент входом подсоединен к второму выходу RS-триггера.

Изобретение относится к области автоматики с применением тиристоров и может быть использовано, например, в проявочных машинах для стабилизации зг1 анной температуры цветного проявляющего вещества в стационарной проявочной машине, где для увеличения точности регулирования необ.ходимо применять реверсивный исполнительный элемент, а также в передви ных фотолабораториях, где широкий диапазон температуры окружающей сред из-за знакопеременного воздействия на объект регулирования требует управления двумя исполнительными элементами с противоположно действую ищмк регулирующими агентами. Традиционный метод построения устройств для регулировс-ния TeMnepa туры состоит в разработке прннципиальной схемы, решающей задачу регули рованияг а затем к этой схеме присо jWHHroT отдельный источник питания, чаще всего стабилизатор напряжения, по сложности не уступающий схеме уст ройства, получается дово ьно громозд кая схема. Проблема упрощения устройства решена в результате системно го подхода..В тиристорных регулятора температуры на ту часть схемы, которая ответственна за синхронную работ с питающей сетью, подают напряжение питания, выпрямленное, пульсирующее, но не сглаженное фильтрами. Это поиьш1ает КПД устройства, упрощает схем и упрощает синхронизацию схэмы с сетью. Известно устройство для регулиронания температуры, в котором с целью повьшения КПД и упрощения устройства применены источник пульсирующего напряжения и ограничитель напряжения, а также маломощный усилитель рассогласования в режиме компаратора Cl, Устройство хорошо выполняет свои ф шкции, но может применяться только для двухпозиционного регулирозания температуры путем включения и выключения нагревателя, т,е. имеет ограниченные функциональные возможности. Для улучшения стабилизации температуры применяют пропорциональный закон регуотирования, При этом в устройство для регулирования температуры вводят аналоговый усилитель, имеющий за,п,анный коэффициент yci-шения. Его функции может выполнять ин тегральный операционный усилитель потребляющий очень маленький ток. Поэтому для упрощения цепей питания делается простейший фильтр только для питания усилителя, построенный на конденсаторах небольшой емкости, а небольшое количество энергии для этого берется от ограничителя пульсирующего напряжения на стабилитронах. Остальные активные элементы схемы находятся в режиме,, в котором они совсем не потребляют ток до момента их импульсного срабатывания или потребляют его в ничтожных количествах. Наиболее близким по технической сущности является устройство д.пя регулирования температуры, содержащее источник пульсирзпощего напряжения, ограничитель напряжения и фильтр питания, а также активные элементы с малым потреблением тока: последовательно соединенные усилитель рассогласования и пороговый элемент и,, кроме того 5 подключенный к второму входу порогового элемента генератор :гшлообразного напряжения, а также тиристорный исполнительный элемент. Устройство в связи с его простотой широко используется в проявочных машинах для пропорционального регулирования температуры растворов и воздуха и для управления нереверсивным электродвигателем С 2. Однако устройство имеет ограничен ные функциональные возможности и не может использоваться для реверсивного управления исполнительными элементами. Цель изобретения - расширение области применения устройства. Поставленная цель достигается тем что устройство для регулирования температуры, содер кит последовательн соединенные источник пульсирующего напряжения, ограничитель напряжения и фильтр питания усилителя рассогласования, первый пороговый элемент, соединенный первым входом с выходом усилителя рассогласования, а вторым , входом - с выходом генератора пилообразного напряжения,питаемого от ограничителя напряжения,и первый тиристор ный исполнительный элемент,а также последовательно соединеиные инвертор, второй пороговый элемент,асинхронный RS-триггер и второй тиристорныйиспол нительный элемент,второйуправлякщий вход RS-триггера подключен к выходу первого порогового элемента, а цепь питания - к выходу источника пульсирующего напряжения, второй пороговый элемент вторым входом подсоединен к выходу генератора пилообразного напряжения, вход инвертора подключен к выходу усилителя рассогласования, а цепь его питания - к фильтру питания первый тиристорный исполнительный элемент входом подсоединен к второму выходу RS-триггера. -триггер выполнен в виде двух параллельных цепей, состоящих из последовательно включенных эмиттерно коллекторного перехода транзистора, тиристора и нагрузки, а база транзис тора каждой цепи подсоединена к анод тиристора параллельной цепи через последовательно соединенные ограничи вающий резистор и стабилитрон, между базой и эмиттером каждого транзистор включен резистор утечки, а управляющие электроды тиристоров являются Входами RS-триггера. .Введение такого большого количест ва новых элементов, однако, н-:; перегружает простейший источник питания, можно так построить схему, что почти не увеличится нагрузка на цепи питания. В предлагаемом устройстве тольк инвертор, выполненный на базе интегрального операционного усилителя, незначительно увеличивает потребление тока от фильтра. Второй пороговый элемент, также как и первый, вообще не потребляет энергии. Он состоит из двух транзисторов противоположной проводимости, соединенных по схеме аналога двухбазового диода. До момен та срабатывания он закрыт,а в момент срабатывания он открывается и разряжаетвыходной конденсатор генератора пилооб разного напряжения,пропуская через себя ток разряда на вход следующего элемента. Асинхронный RS-триггер состоит из двух логических элементов , работающих поочередно,поэтому триггер потребляет не больше энергии,чем один расширитель импульсов, который он заменил. Целесообразно логические элементы, образующие триггер, выполнить в виде последовательно включенных эмиттерноколлекторного перехода транзистора, тиристора и нагрузки, а базу транзистора подключить к средней точке делителя напряжения, состоящего из двух резисторов и стабилитрона. Асинхронный RS-триггер в предлагаемом устройстве выполняет несколько функций. Во-первых, он запоминает короткий импульс, приходящий на один из его управляющих входов, и сохраняет на одном из своих выходов пришедшую информацию до конца текущего полупериода, что необходимо при индуктивном характере нагрузки, управляемой тиристором. Во-вторых, триггер предотвращает случайное появление сигнала сразу на двух выходах устройства. В-третьих, триггер используется в режиме хранения информации, при котором на обоих входах отсутствуют сигналы в течение времени от начала каждого полупериода напряжения до момента прихода msiпульса. Необычным является то, что на обоих выходах триггера при этом также отсутствует выходной сигнал. Обнуление триггера без специальных вспомогательных элементов достигается тем, что цепь питания триггера подключена к выходу источника пуль|Сирующего напряжения, т.е. за счет упрощения устройства. Устройство для регулирования отличается также методом за1диты RSтриггера от запрещенного перехода из обнуленного состояния в состоя ние, характеризующееся одновременным появлением сигналов на управлякнцих входах (). С этой целью вторые вхоДы обоих пороговых элементов соединены и подключены к выходному конденсатору генератора пилообразных напряжений, а первые входы - к источникам управляющих сигналов, всегд имекяцих противоположную полярность, т.е. основной пороговый элемент полу чает сигнал управления непосредствен но от усилителя рассогласования, а дополнительный пороговый элемент через инвертор. При этом пороговый элемент, сработавший от управлянице™ го сигнала, разряжает выходной конденсатор генератора пилообразного напряжения и этим исключает возможность срабатывания другого порогового элемента. Предлагаемое устройство предназн чено для управления исполнительными элементами реверсивного действия или исполнительными элементами с противодействующими каналами. Это дает возможность использовать устройство для более точного регули рования температуры, а также при знакопеременном воздействии окружаю щей среды На фиг.1 изображена структурная схема предлагаемого устройетва для регулирования температуры;.на фиг.2 гфимер выполнения фзтакциональной электрической схемы предхшгаемого устройства с pefeepcHBHbM исполнител ным элементом; на фиг.З - то же, с исполнительными элементами с двумя протнводействуюпдами потоками энергии на фиг.4 осциллограммы напряжений на отдельных элементах пояснянвдие работу схемы. Устройство для регулирования температуры содержит последовательно соединенные источите пульсирующего напряжения I . (фиг.), огрш ичитель напряжения 2, фильтр питания 3, усилитель рассогласования 4, первый пороговый элемент З, асшгхронный RS-триггер 6 и первый тяристорный исполнительньй элемент 7, а также второй пороговьюй элемент 8, первый вход которого через инвертор 9 с выходом усилителя 4, второй ;вход - С вторым вхОДом первого порог вого элемента 5 и выходом генератора пилообразного напряжения 10, а выход - .с управляющим входом триггера 6. Второй тиристорный исполнительный 3 элемент 11 подключен к второму выходу триггера 6. Цепи питания зшементов подключены: триггер 6 -- к выходу источника пульсирующего напряжения t, генератора пилообразного напряжения 10 - к выходу ограничителя напряжения 2, инвертора 9 - к выходу фильтра питания 3, Логические элементы, образующие асинхронный RS-триггер 6, наиболее целесообразно выполнить в виде последовательно включенных транзистора 12 фиг,2 ,тиристрра 13 и нагрузки 4 -входного элементаоптронной пары. Ваза транзистора 12 подсоединена к средней точке делителя напряжения, со-г стоящего из резистора утечки 15,ограничительного резистора 16 и стабилитрона 7.Делитель напряжения каждого логического элемента подключен к выходу другого. Тиристорные исполнительные элементы 7 и 11 включены в цепи питания обмоток реверсивного электродвигателя 18, регулирующего степень подачи хладагента через вентиль 19 в теплообменник 20„ Температура регулируемой среды контролируется датчиком 21, подключенным к одному из входов усилителя рассогласования 4, к другому входу которого подключен задатчик температуры 22. Средняя точка стабилитронов ограничителя напряжения 2 образует шину нулевого потенциала, а крайние точки - отрицательную и положительную шины питания с потенциалами -fU. Пороговые элементы 5 и 8 выполнены из двух транзисторов противоположнык типов проводимости, соеди-: ненных по схеме аналога двухбазового .диода. Тиристорные исполнительные элементы 11 и 7 (фиг.З) могут управлять независимыми элементами с противодействующими потоками энергии нагреватапем 23 и охладителем 24. Устройство работает следующим образом. Источн1ж I вырабатьшает пульсирукщее напряжение U (фиг.4а), которое ограничивается и стабилизируется по амплитуде ограничителем напряжения 2, форма выходного напряжения U которого имеет вид трапеции (см. фиг.4б). Если температура регулируемой среды равна, заданной, на .входе уснлителя рассогласования 4 и на его выходе устанавливается напряжение, равное потенциалу шины нулевого потенциала Ujj. Генератор пилообразного напряжения 10 настроен так, что его напряжение, имеющее максимально отрицательную амплитуду в начале полупериода к концу полупериода (фиг.4в) достигает нулзвого потенциала. В этом случае пороговые элемен ты 5 и 8 не срабатьгоают, до конца полупериода тиристорные исполнитель-; ные элементы 7 и 11 не включаются и электродвигатель 18 неподвижен. Вентиль находится в приоткрытом состояв НИИ, Притоки технологического тепла полностью компенсируются уносом тепл забираемь м хладагентом.

В конце каждого полупериода величина питающего напряжения уменьшается до нуля, потенциалы всех шин питания становятся равны нулю, напряжение на первых входах пороговых элементов 5 и 8 также у теньшается до нуля, в то время как на вторых входах остается потенциал заряженног конденсатора генератора пилообразного напряжения 10 относительно отрицательной шины - Up,. Появляется разность потенциалов между входами, которая открывает пороговый элемент, в результате чего конденсатор разряжается. Происходит синхронизация генератора пилы 10 с сетью. Обычно же для этой цели ставят специальный ключ. С начала следующего полупериод при появлении питающего напряжения, конденсатор начинает заряжаться.

Триггер 6 также питается пульсирующим напряжением от источника 1. Поэтому в конце полупериода при нулевом напряжении питания тиристоры 13 (фиг.2) триггера закрываются и в начале следующего полупериода они всегда закрыты. По мере роста напряжения на анодах тиристоров, это напр жение подается на базу транзисторов 12 и открывает их, подготовив триггер к приему сигнала на один из управляющих входов. Таким образом, отличительной особенностью является примененный в устройстве простой способ обнуления триггера в конце каждого полупериода без специальных устройст а только за счет подключения его цепей питания к источнику пульсирующего напряжения и применения в нем тиристоров - полууправляемых приборов

Если под де1 ствием окружающей среды температура регулируемой среды увеличится, сигнал от датчика 21 температуры станет больше, чем сигна от задатчика 22, на входе усилителя рассогласования А появится положительный сигнал, на РЬЕходе усилителя тоже появится положительный сигнал, который заведомо выше пилообразного напряжения, и пороговый элемент 5 не сработает.

Напряжение на выходе инвертора отрицательной полярности, по величин равно напряжению усилителя..В моменты времени, когда напряжение инвертора 9 становится равным напряжению пилы (фиг.4г), пороговый элемент 8 срабатьгоает и на его выходе появляются короткие импульсы (фиг.4д), подаваемые на второй вход триггера 6. Тиристор 13 (фиг.2) включается, напряжение на его аноде уменьшается в течение нескольким микросекунд, в результате чего транзистор 12 закрывается и предотвращает включение второго тиристора 13. Триггер принял короткий управляющий импульс и запомнил его. В результате идет ток (см. фиг.4е) через светоизлучающий элемент 14 и включится тиристорный исполнительный элемент I1 подавая ток в обмотку электродвигателя 8, Электродвигатель 18 открывает вентиль 19,. увеличивая подачу хладагент и охлаждая регулируемую среду через теплообменник 20. Чем больше разностный сигнал на входе усилителя рассогласования, тем больше ток через обмотку двигателя 18 и тем больше скорость его вращения. При достижении заданной температуры двигатель остановится, а при ее понижении вршцается в противоположную сторону, уменьшая подачу хладагента. При этом на выходе усилителя 4 отрицательное напряжение, а на вы ;одеинвертора 9 - положительное.

Управляющие импульсы вырабатываются пороговым элементом 5, а через триггер 6 включается тиристорный исполнительный элемент 7, подавая ГОК Б другую обмотку двигателя и реверсируя его.

В тех случаях, когда широкий диапазон температуры окружающей среды оказывает знакопеременное воздействи на объект регулирования и требуется применение двух исполнительных элементов с противоположно действуипщми 9 регулирующими агентами, схема устрой ства выглядит так, как она изобра,жена на фиг.З. Если температура равна заданной, на входе усилителя рассогласования 4 разность напряжений равна нулю, ни один из тиристорных исполнительны элементов 7 и 11 не включаются, так же как и нагреватель 23, охлади- т(гль 24. При уменьшении температура окружанлцей среды и регулируемой среды на входе усилителя рассогласования 4 появляется отрицательный сигнал, ко торый включает нагреватель 23, причем чем больше сигнал, тем сильнее нагрев. Это приводит к компенсации воздействия окружающей среды и восстановлению регулируемой температуры с заданной степенью точности. При -повышении температуры окружшощей среды вьше температуры регулируемой среды последняя начинает повьшаться, на входе усилителя рассогласования 4 появляется положительный сигнал, который включает охладитель 24 и эти компенсирует воздействие окружающей. среды. В серийно изготовляемых в настоящее время проявочных машинах серии . 47П (базовая модель) для стабилизаци температуры фотохимических растворов применяются регулирующие устройства, 73 в которых выходным элементом является электромеханическое реле. Во избежа . кие быстрого износа реле в результате его частого срабатьшания датчик температуры ставится как можно дальше от исполнительного элемента - электромагнитного вентиля холодной воды, установленного на теплообменнике. Такая система регулирования обладает запаздыванием и позволяет уложиться в пределы допуска (0,3С) только после тщательной настройки, так. как колебания температуры занимают все поле допуска. Применение предлагаемого устройства для регулирования температуры, которое является бесконтактным и реверсивным, совместно с исполнитель-. ным элементом - электромоторным вентилем позволит увеличить точность регулирования до О,1 Си выше, т.е. в три раза точнее,, ив то же время позволит значительно сократить процесс настройки проявочных машин увеличится производительность труда наладчиков примерно на 20%. Кроме того, пре,1щагаемое устройство как более простое по цепям питания и по принципиальной схеме, имеет К1еньшую интенсивность внезапных отказов,, чем традиционные устройства, следовательно,его надежность на 20-30% выше.