Регулятор температуры Советский патент 1985 года по МПК G05D23/19 

Изобретение относится к автоматическому регулированию неэлектрических величин, в частности температуры, с использованием электрических средств. Оно может быть использовано в системах термостатирования элементов, выполненных в микросхемном исполнении. Известен регулятор температуры с расположенным на объекте термостатирования электронагревательным .элементом и датчиком температуры, содержащий термочувствительный мост с датчиком температуры, подключенный к усилителю, выход которого подключен к входу триггера, двухканальный датчик разбаланса напряжения, исполнительный элемент, выполненный на транзисторах, и электронагревательный элемент 1. Недостатком такого регулятора является его сложность из-за трудности конструктивного совмещения электронагревательного элемента и датчика температуры с объектом термостатирования малых размеров. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является регулятор, который содержит последовательно включенный, источник опорного напряжения, пороговый элемент, запоминающий элемент, генератор задающего тока и транзисторный датчик-нагреватель 2. В известном регуляторе осуществляется импульсное управление мощностью, рассеиваемой транзисторным датчиком-нагревателем. При этом скважность импульсов определяется напряжением база-эмиттер транзистора, зависящим от температуры его кристалла. Недостатком известного регулятора является низкая точность регулирования температуры из-за использования в качестве датчика температуры напряжения базаэмиттер термочувствительного параметра с низким температурным коэффициентом, требующего для осуществления точного регулирования температуры высокой стабильности напряжения питания регулятора. Цель изобретения - повыщение точности регулятора. Поставленная цель достигается тем, что регулятор температуры содержит последовательно соединенные источник опорного напряжения, элемент сравнения, дифференцирурщий элемент, управляемый генератор тока, выход которого подключен к базе транзисторного датчика-нагревателя, а также источник питания, причем управляемый генератор тока содержит первый и второй транзисторы, объединенными эмиттерами через токозадающий резистор, подключенные к щине питания, базы соответствующих транзисторов подключены к выходу дифференцирующего элемента и к коллектору транзисторного датчика-нагревателя, а коллекторы транзисторов - к второму входу элемента сравнения и входу источника опорного напряжения соответственно, коллектор первого транзистора через ограничительный резистор соединен с базой транзисторного датчика-нагревателя, коллектор которого связан с щиной питания через измерительный резистор. На чертеже представлена принципиальная схема предлагаемого регулятора. Предлагаемый регулятор содержит последовательно соединенные источник 1 опорного напряжения, элемент 2 сравнения, дифференцирующий элемент 3, управляемый генератор 4 тока и транзисторный датчикнагреватель 5. Элемент 2 выполнен на резисторе 6, один вывод которого (первый вход источника 1 опорного напряжения) соединен со средним выводом потенциометра 7 (выходом источника 1 опорного напряжения). Другой вывод резистора 6 соединен с нё инвертирующим входом операционного усилителя 8. Инвертирующий вход усилителя 8 подключен к резистору 9, дру1ий вывод которого (второй вход элемента 1) соединен с коллектором первого транзистора 10. Выход усилителя 8 (выход элемента 2) соединен с конденсатором 11 (входом элемента 3). Другой вывод конденсатора 11 (выход элемента 3) соединен через резистор 12 с общим выводом регулятора и базой транзистора 10, эмиттер которого соединен с эмиттером второго транзистора 13 и через токозадающий резистор 14 соединен с выводом источника питания регулятора. Коллектор транзистора 13 через потенциометр 7 соединен с общим выводом устройства. Коллектор транзистора 5 (выход транзисторного датчика-нагревателя 5) соединен с базой транзистора 13, его база через ограничительный резистор 15 связана с коллектором транзистора 10, а коллектор транзистора 5 через измерительный резистор 16 подключен к выходу источника питания регулятора. Регулятор работает следующим образом. Если температура на кристалле транзистора 5 ниже требуемой, транзистор 10 открыт, что обеспечивает поддержание в открытом состоянии транзистора 5. Напряжение на инвертирующем входе операционного усилителя 8 меньше напряжения на неинвертирующем входе, и на выходе операционного усилителя 8 устанавливается положительное напряжение. Конденсатор 11 заряжается выходным напряжением операционного усилителя 8. По мере разогрева транзистора 5 уменьшается напряжение база-эмиттер и увеличивается коллекторный ток транзистора 5. Увеличение коллекторного тока увеличивает падение напряжения на потенциометре 7 и уменьшает падение напряжения на резисторе 15. Таким образом, напряжение на неинвертирующем входе

уменьшается со скоростью, определяемой ростом коллекторного тока н уменьшением напряжения база-эмиттер, а на инвертирующем входе увеличивается со скоростью, определяемой ростом коллекторного тока транзисторного датчика-нагревателя. Как только температура кристалла транзистора 5 превышает требуемую, напряжение на инвертирующем входе операционного усилителя 8 становится выше напряжения на среднем выводе потенциометра 7, а напряжение на выходе элемента сравнения становится отрицательным. Отрицательный перепад напряжения с выхода операционного усилителя 8 через конденсатор 11 передается на базу транзистора 10, поддерживая закрытое состояние последнего. Начинается процесс разряда конденсатора через резистор 12л выходное сопротивление операционного усилителя. За это время температура кристалла транзистора несколько уменьшается. Как только конденсатор 11 разряжается, транзистор 10 открывается

и открывает транзистор 5. При этом, если температура кристалла транзистора 5 ниже требуемой, на выходе операционного усилителя устанавливается положительное напряжение и далее процесс повторяется.

Положительный (технический) эффект от использования предлагаемого технического рещения в отличие от известного заключается в повышении точности регулировании за счет увеличения скорости изменения входного сигнала порогового элемента и снижения ухода температуры отслеживания при изменении напряжения питания регулятора.

Для предлагаемого регулятора максимально возможная точность регулирования температурь 0,09 град.,при этом к стабильности напряжения питания регулятора не предъявляется особых требований. Положительный (технический) эффект от использования предлагаемого технического решения заключается в повышении точности регулирования температуры.

РЕГУЛЯТОР ТЕМПЕРАТУРЫ, содержащий последовательно соединенные источник опорного напряжения, элемент сравнения, дифференцирующий элемент, управляемый генератор тока, выход которого подключен к базе транзистора датчика - нагревателя, а также источник питания, отличающийся тем, что, с целью по выщения точности регулятора, управляемы генератор тока содержит первый w второй транзисторы, объединенными эмиттерами 4et рез токозадающий резистор, подключенные к щине питания, базы соответствующих транзисторов подключены к выходу диффе ренцирующего элемента и к коллектору транзисторного датчика-нагревателя, а коллекторы транзисторов - к второму входу эле- мента сравнения и входу источника опорного напряжения соответственно, коллектор первого транзистора через ограничительный резистор соединен с базой транзистор ного датчика-нагревателя, коллектор которого связан с щиной питания через изме- рительный резистор.i (Л ел ;о со