Устройство для регулирования температуры Советский патент 1986 года по МПК G05D23/19 

1

Изобретение относится к автоматическому регулированию и может быть использовано для -автоматического поддержания те мпературы различных объек- тов, содержащих электронагревательные элементы..

Целью изобретения является повышение уровня диагностики работоспо- собности и упрощение реализации,,

На фиг.1 пре дставлена схема уст- ройства; на фиг.2 - диаграммы, поясняющее его работу; фиг.2а - сигналы с задатчика температуры (А) и с- дат- чика температуры (Б); фиг.26 - сигнал на S-Бходе первого КЗ-триггера; фиг.2в - сигнал на выходе первого КЗ- триггера; фиг.2г - импульсы с выхода формирователя импульсов; фиг.2д - напряжение на выходе источника переменного тока; фиг.2е - сигналы на выходе элемента 2И-НЕ; фиг,2ж - сигналы на прямом выходе второго. КЗ-триггера; фиг.2з - напряжение на нагревателе; фиг.2и. -. сигнал на выходе третьего КЗ-триггера; фиг.2к - сигнал на D- входе реверсивного счетчика .; . ; фиг.2л, м - сигналы на входах сложения и вычитания реверсивного счетчика. .

На фиг. 2 обозначены: t -момент первого импульса формирователя, t, - момент переброса третьего КЗ-триггера в единичное состояние; t - момент отказа одного из элементов устройства. с

Устройство для- регулирования т.ем- пературы содержит задатчик 1. и датчик 2 температуры, элемент 3 сравнения, реверсивный счетчик 4, усилитель 5, симистор 6, включенный в цепь источника 7 переменного тока последовательно с нагревателем 8, подключенный управляющим входом к выходу усилите jQ соответств ующем логической единице. Поэтому KS-триггер 10 опрокидывается в нулевое состояние по К-входу оче- реднь5н импульсом с выхода элемента 2И-НЕ 16. Одновременно с ним переклюля 5, формирователь 9 импульсов,-КЗ- триггеры 10-12, элемент И-НЕ 13, вто- 45 ается в нулевое состояние-и KS-триг- рой Эо1емент ЗИ-НЕ 14, второй элемент 2И-НЕ 15, первый элемент 2И-НЕ 16, узел 17 сброса, состоящий из ре -сто- ра I8 и конденсатора 19; уаел 20 ин- ,-,К .сац1-:и регистра 21 памяти.

Устройство работает следующим образом.

Сигналы с задатчика 1 температуры

гер 11, что осуществляется нулевым сигналом, поступающим с ир-ямого выхода КЗ-триггора 10 на К-вход КЗ- триггера П ,.

50

; В установившемся режиме под.цержа- ние заданной температуры обеспечивается путем апериодического включения симистора 6, причем независимо от продолжительности вк.лючения симистор

(фиг.2а) и с датчика 2 температуры

(фиг,2а,б) поступают на входы элемен- 55 6 включается в начале, а выключается та 3 сравнения, который осуществляет в конце периода напряжения питания сравнение указанных сигналов и уси (фиг.2з), что обеспечивает уменьшение ление разностного сигнала до величи- до минимума постоянной составляющей

е

26092S I

. ны .(фиг.26), необходимой для управления первым KS-триггером 10 по его 3-входу..

При температуре объекта регулирования существенно меньше заданной, например при включении устройства, разностный сигнал вызывает появление на выходе элемен.та 3 сравнения сигнала логического нуля и КЗ-триггер

10 переключается в единичное состояние (фиг. 2в). Сигнал с его выходка разрешает прохождение импульсов с вы- хода .формирователя 9 импульсов (фиг. 2г) на вход .элемента 2И-НЕ 16

(фиг.2е) так как на 3-входе КЗ-триггера 10 постоянно присутствует логический нуль, эти импульсы не изме- няют состояния КЗ-триггера 10, Поэтому импульсы, поступающие с выхода

элнмента 2И-НЕ. 16 на 3-вход второго КЗ-триггера 11, переключают его в единичное состояние.. Единичный сигнал (фиг.2ж). с прямого вЕгхода второго RS-триггера П поступает на вход усилителя 5, который усиливает этот сиг.- нал до уровня, достаточного для надежного включения симистора 6 в начале каждого периода напряжения питания и удержания его в этом состоянии

практически в течение всего периода напряжения питания. Изменение напря- . жения на нагревателе 8 показано на фиг.2з....

По мере повышения температуры объ екта регулирования разностный сигнал уменьшается, и при температурах, близ.ких к заданной, сигнал на выходе элемента 3 сравнения начинает возрастать вплоть до огран1- чения на уровне,

соответств ующем логической единице. Поэтому KS-триггер 10 опрокидывается в нулевое состояние по К-входу оче- реднь5н импульсом с выхода элемента 2И-НЕ 16. Одновременно с ним переклю

ается в нулевое состояние-и KS-триг-

ается в нулевое состояние-и KS-триг

гер 11, что осуществляется нулевым сигналом, поступающим с ир-ямого выхода КЗ-триггора 10 на К-вход КЗ- триггера П ,.

ается в нулевое состояние-и KS-триг-

; В установившемся режиме под.цержа- ние заданной температуры обеспечивается путем апериодического включения симистора 6, причем независимо от продолжительности вк.лючения симистор

тока через источник 7 переменного тока в процессе-изменения температуры во всем диапазоне регулирования, в частности при температурах, близких к заданной. :

Диагностирование, устройства осуществляется следующим образом.

В момент включени. устройства RS- триггер 12 сбрасывается в состояние,

Емкость N реверсивного счетчика 4 выбирается несколько большей количества импульсов, снимаемых с выхода формирователя 9 импульсов за цикл регулирования при нормальной работе регулятора.

В данном устройстве задатчик 1 температуры может быть выполнен на базе потенциометра, запитанного от

когда на его инверсном выходе сформи-tO источника постоянного напряжения, В

качестве датчика 2 температуры может использоваться термопара.. Элемент 3 сравнения может быть выполнен на основу, стандартного компаратора серии

20

рована единица. Поэтому элемент .2И-НЕ 15 открыт по первому входу и первым же импульсом с выхода вателя 9 импульсов в реверсивный счетчик 4 по входам D за писывается 15 К521. Реверсивный счетчик 4 может код, равный половине емкости N счет- быть собран на микросхемах типа KISS чика (фиг.2к) - момент времени t . ИЕ7, усилитель 5 - на согласующем Элементы ЗИ-НЕ 13, .14 .заперты по сво- транзисторном каскаде. Формирователь

9 импульсов может быть реализован на триггере Шмидта, последовательно с которым включен формирователь коротких импульсов, собранный по любой из- вестуой схеме. RS-триггеры {0-12 могут быть собраны на основе микросхем (фиг,2и), элемент И-НЕ 15 запирается 25 типа К155 та2, элементы ЗИ-НЕ 13,14 - по первому входу, и на его выходе с этого момента постоянно будет .единица,, и теперь счетчик 4 может рабо- тать на сложение и вычитание.

При нормальной работе регулятора со стояние эыходов RS-триггера I 1 периодически изменяется, что приводит к периодичгескому. поступлению на входы сложения и вычитания счетчцка 4 импульсов с выхода формирователя 9 импульсов, -при этом юс количество.

им входам нулем с прямого выхода RS-триггер а 12.

В момент равенства текущей температуры и заданной RS-триггер 12 перебрасывается .в состояние, .когда с его прямого, выхода снимается единица

30

35

на основе микросхем К}55 ЛА4, а элементы 2И-НЕ 15, 16 - на микросхемах типа К155 ЛАЗ, -Узел 20 индикации содержит резисторы и светодиоды, первые выводы которых подключены ко входам схемы индикации, а вторые выводы через резисторы связаны с выходом источника питания устройства.

Таким образом, в предлагаемом устройстве осуществляется- непрерьшный контроль работоспособности, и при выходе из строя элементов, обладающих максимальной вероятностью отказа, схема диагностики сигнализирует об

поступившее .на эти входы, за большой- промежуток времени должно быть при- мернр равно (фиг,2л ,м), т.е.

lim() О где и N - количество импульсов,

поступивших за время t на . входы сложения и вычитания счетчика 4 соответственно,т.е. при нормальной работе регулятора З чик температуры, подключенные к вхокод в реверсивном счетчике 4 будет колебаться вокруг, кода N/2, записанного п:о входам-D в момент времени . Если в результате отказа одного

дам элемента сравнения, выход которого подключен к последовательно соединенным первому RS-триггеру, элемен- .ту И-НЕ и второму RS-триггеру, к пряиз элементов (усилителя 5, симистора 50 мому выходу которого подключен усили- 6-,- нагревателя 8) температура начнет постоянно уменьшаться (фиг.2а, момент времени t,) или постоянно увеличиваться, то через некоторое время код в счетчике либо станет равным нулю 55 (если температура постоянно увеличивается) и схема 20 индикации будет сигнализировать об отказе регулятора.

тель и соединенный с его выходом управляющим электродом симистор, после- .довательно с которым подключены нагреватель и источник переменного тока, а также формирователь импульсов, соединенный входом с источником питания, а выходом - с вторым входом первого элемента 2И-НЕ, выход которого

Емкость N реверсивного счетчика 4 выбирается несколько большей количества импульсов, снимаемых с выхода формирователя 9 импульсов за цикл регулирования при нормальной работе регулятора.

В данном устройстве задатчик 1 температуры может быть выполнен на базе потенциометра, запитанного от

качестве датчика 2 температуры может использоваться термопара.. Элемент 3 сравнения может быть выполнен на основу, стандартного компаратора серии

К521. Реверсивный счетчик 4 может быть собран на микросхемах типа KISS ИЕ7, усилитель 5 - на согласующем транзисторном каскаде. Формирователь

20

5

9 импульсов может быть реализован на триггере Шмидта, последовательно с которым включен формирователь коротких импульсов, собранный по любой из- вестуой схеме. RS-триггеры {0-12 могут быть собраны на основе микросхем 5 типа К155 та2, элементы ЗИ-НЕ 13,14 -

0

5

0

на основе микросхем К}55 ЛА4, а элементы 2И-НЕ 15, 16 - на микросхемах типа К155 ЛАЗ, -Узел 20 индикации содержит резисторы и светодиоды, первые выводы которых подключены ко входам схемы индикации, а вторые выводы через резисторы связаны с выходом источника питания устройства.

Таким образом, в предлагаемом устройстве осуществляется- непрерьшный контроль работоспособности, и при выходе из строя элементов, обладающих максимальной вероятностью отказа, схема диагностики сигнализирует об

отказе регулятора.

Формула изобретения

Устройство для регулирования температуры, содержащее датчик и задатдам элемента сравнения, выход которого подключен к последовательно соединенным первому RS-триггеру, элемен- .ту И-НЕ и второму RS-триггеру, к прямому выходу которого подключен усили-

тель и соединенный с его выходом управляющим электродом симистор, после- .довательно с которым подключены нагреватель и источник переменного тока, а также формирователь импульсов, соединенный входом с источником питания, а выходом - с вторым входом первого элемента 2И-НЕ, выход которого

подключен к R-входу первого RS-триг- гера, о тличающееся тем,,

инверсный выход которого подключен к второму входу второго элемента 2И-НЕ, выход которого соединен с входом управления предварительной записью речто с целью повьппения уровня диагностики работоспособности и упроще11ия реализации, в устройство введены тре- 5 версивного счетчика, входы сложения и тий RS-триггер, первый и второй эле- вычитания которого подключены к вьто- менты ЗИ-НЕ, второй элемент 2И-НЕ., дам первого и второго эпементов ЗИ-НЕ узел сброса, реверсивный счетчик, ре- соответственно, вход сброса реверсив- гистр памяти, узел индикации, причем . ного счетчика заземлен, вход предвари10 тельной записи реверсивного счетчика соединен с выходом регистра памяти, а выходы переполнения и заема реверсивного счетчика подключены к входам узла индикации, выход элемента

первые входы первого и второго элементов ЗИ-НЕ соединены с прямыми и инверсными выходами второго КЗ-триггера соответственно, вторые их входы и первый вход второго элемента 2И-НЕ

подключены к выходу формирователя им-15сравнения связан с S -входом тре- пульсов, а третьи входы первого итьего RS -триггера, R -вход кото- второго элементов .ЗИ-ИЕ соединены срого подключен к выходу узла прямым выходом третьего RS-триггера, сброса.

инверсный выход которого подключен к второму входу второго элемента 2И-НЕ, выход которого соединен с входом управления предварительной записью реверсивного счетчика, входы сложения и вычитания которого подключены к вьто- дам первого и второго эпементов ЗИ-НЕ соответственно, вход сброса реверсив- ного счетчика заземлен, вход предвариm

7Н

L3

Изобретение относится к технике автоматического регулирования и может быть использовано для автоматического поддержания температуры различных объектов, содержащих электронагрева- тельные приборы. Цель изобретения - повьшение уровня диагностики, работоспособности и упрощение, Устройство содержит задатчик и датчик температуры, элемент сравнения, три RS-тригге- ра, реверсивный счетчик, регистр памяти, два элемента 2И-НЕ, два элемента ЗИ-НЕ, усилитель, симистор, нагревя- д тель, источник переменного тока, узел 5S сброса и узел индикации. 2 ил. (Л Од ;о IND 00

Редактор А. Долинич

(рцг.2

Составитель А. Исправникова Техред А.Кравчук Корректор л. Патай

Заказ 5230/48

Тираж 836 . Подписное ВНШШИ Государственного комитеч а СССР

по делам изобретений и открытий 13035, Моск пя, Ж--35,, Раушская наб., д. 4/5

.Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4