Термостат Советский патент 1987 года по МПК G05D23/19 

Изобретение относится к области автоматики, в частности к термостатам для пищевой промышленночти.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства за счет введения предупредительной сигнализации аварийного состояния.

Типовыми аварийными состояниями термостата являются: выход из строя элементов устройства, приводящих к отказу функций; отключение источника питания; нарушение теплоизоляции рабочей камеры (например, неплотно закрыта камера), в результате чего мощности терморегулятора недостаточна для поддержания необходимой температуры.

На чертеже представлена функциональная схема устройства.

Устройство содержит первый 1 и второй 2 источники питания, резервный источник 3 питания, элемент 4 развязки (диод), терморегулятор 5, таймер 6, сигнализатор 7, датчик 8 тока.

Терморегулятор 5 содержит нагревательный элемент 9, тиристоры 10 и 11, импульсный трансформатор 12, компаратор 13, управляемый генератор 14, резисторы 15-18, терморезистор 19 и логический блок включения, содержащий переключатели 20 и 21 и инвертор 22.

Таймер 6 содержит генератор 23 импульсов, выпрямительный мост 24, конденсатор 25, резисторы 26 и 27, пороговые элементы 28 и 29, счетчик 30, элемент И 31, элемент ИЛИ 32.

Первый источник 1 питания предназначен для обеспечения силовым питающим напряжением терморегулятора 5. В качестве источника 1 питания обычно используется промышленная сеть.

Второй источник 2 питания предназначен для обеспечения постоянным низково льт- ным питающим напряжением таймера 6, сигнализатора 7.

Резервный источник 3 питания предназначен для обеспечения питающим напряжением таймера 6 и сигнализатора 7 при отключении второго источника 2 питания. В качестве резервного источника 3 питания можно использовать гальванические элементы, аккумуляторы и т. п. Величина напряжения источника 3 меньше или равна величине напряжения источника 2.

Элемент 4 развязки предназначен для автоматического отключения или подключения питающего напряжения резервного источника 3 к щинам питания таймера 6 и сигнализатора 7. Терморегулятор 5 предназначен для автоматического поддержания температуры в термостатируемой камере, таймер 6 - для отсчета времени и формирования сигналов управления на терморегулятор 5 и сигнализатор 7, сигнализатор 7 - для сигнализации повреждения элементов термостата.

5

Датчик 8 тока предназначен для выдачи сигналов, свидетельствующих о прохождении тока в контролируемой цепи. Датчик 8 тока включен в цепь питания нагревательного элемента 9 для контроля тока первого источника 1 питания.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии логического блока

на вход переключателя 20 и инвертора 22

поступает сигнал логического «О. При этом

переключатель 20 разомкнут, а переключатель 21 замкнут сигналом «1 с выхода инвертора 22. Переключатель 21 щунтирует резистор 18, таким образом, на неинвертирующий вход компаратора 13 поступает напряжение с делителя, образованного резистором 15 и терморезистором 19, а на инвертирующий вход компаратора 13 - напряжение делителя, образованного резисторами 16 и 17. Предположим, что температура в камере выще нижнего предельного значения.

0 Тогда напряжение на инвертирующем входе компаратора 13 больще напряжения на его неинвертирующем входе, и сигнал логического «О с выхода компаратора 13 запрещает работу генератора 14, вследствие чего тиристоры 10 и 11 закрыты и нагрева5 тельный элемент 9 обесточен.

При понижении температуры в камере величина напряжения нл неинвертирующем входе компаратора 13 возрастает с ростом величины сопротивления терморезистора 19. При превышении величины задания на инвер тирующем входе компаратора 13 на его выходе устанавливается сигнал логической «1, разрешающий работу генератора 14. Импульсы с выхода генератора 14 через импульсный трансформатор 12 открывают тиристоры 10 и 11, и через нагревательный элемент 9 протекает ток, обеспечивающий его нагрев.

Повышение температуры в камере за счет нагрева нагревательного элемента 9 вызывает нагрев терморезистора 19, сопротивле0 ние которого падает, и напряжение на неинвертирующем входе компаратора 13 уменьшается. При уменьшении этого напряжения ниже заданного на выходе компаратора 13 устанавливается сигнал логического «О, запрещающий работу генератора 14. Тиристо5 ры 10 и 11 запираются, и нагревательный элемент 9 обесточивается. Рассмотренный процесс может повторяться с периодом, определяемым температурой внещней среды и другими факторами. При условии, что температура внешней среды ниже, чем установ ленная в камере, температура в камере будет поддерживаться постоянной, а ее значение можно установить в определенных пределах изменением резистора 17.

При поступлении на вход инвертора 22 г и переключателя 20 логической «1 с логического входа терморегулятора 5 резистор 19 шунтируется переключателем 20, а резисторы 15 и 18 образуют делитель напря5

жения, определяющий напряжение на неин- вертирующем входе компаратора 13. Величина этого напряжения отрегулирована изменением величины резистора 18 так, чтобы она несколько превышала напряжение на инвертирующем входе компаратора 13. В этом случае, независимо от температуры-в камере, на выходе компаратора 13 устанавливается сигнал логической «1, чем обеспечивается включение нагревательного элемента 9.

Таймер 6 работает следующим образом.

Отсчет времени начинается каждый раз от момента сброса счетчика 30. Сброс счетчика 30 происходит импульсом с выхода порогового элемента 28, который формируется в начальный момент подачи переменного напряжения на входы сброса таймера 6, т. е. на вход выпрямителя 24. Это достигается тем, что величина емкости конденсатора 25 и величины резисторов 26 и 27 выбраны такими, что через несколько полупериодов переменного напряжения со входов сброса таймера 6 напряжение с выпрямительного моста 24 практически полностью зарядит конденсатор 25 и амплитуда импульсов на резисторе 27 в дальнейшем будет недостаточной для срабатывания порогового элемента 28.

Сигнал управления логическом блоком терморегулятора 5 формируется на первом выходе таймера, т. е. с первого выхода счетчика 30 через время Т|, определяемое выбором частоты генератора 23 и номером разряда QK счетчика 30.

В случае, если на входы сброса таймера 6 поступает напряжение от датчика 8 тока, то сигнал управления сигнализатором 7 формируется первым выходом счетчика 30 через время ть так как в этом случае напряжение с выхода выпрямительного моста 24 устанавливает на выходе порогового элемента 29 сигнал логической «1, разрешающий прохождение сигнала «1 на управление сигнализатором 7 с первого выхода счетчика 30 через элемент И 31 и элемент ИЛИ 32.

В остальных случаях сигнал управления сигнализатором 7 формируется вторым выходом счетчика 30 через время Т2, которое значительно больше времени TI.

В начальный момент включения тока через нагревательный элемент 9 сигнал с выходов датчика 8 тока сбрасывает счетчик 30 в состояние «О и таймер 6 производит отсчет времени. Через некоторое время после установления в камере верхнего предельного значения температуры терморегулятор 5 разрывает цепь питания нагревательного элемента 9 и отключает его.

Длительность включенного состояния нагревательного элемента зависит от температуры окружающей среды и других факторов, однако не может превосходить некоторого времени тз.

0

5

0

5

0

0

5

0

5

Время TI появления сигнала на первом выходе счетчика 30 и соответственно на первом выходе таймера 6 выбрано превосходящим величину Тз, следовательно отключение нагревательного элемента 9 произойдет рань- ще, чем появится сигнал «1 на первом выходе таймера 6.

После отключения нагревательного элемента 9 терморегулятором 5 устройство может находиться в таком состоянии в течение времени, величина которого зависит от температуры окружающей среды и других факторов.

Если это время незначительно и терморегулятор 5 включит нагревательный элемент 9 вновь, то счетчик 30 установится в нулевое состояние, и работа устройства будет происходить аналогично описанной. Если же времени достаточно для появления сигнала на первом выходе счетчика 30, то по этому сигналу терморегулятор 5 подключит нагревательный элемент 9, ток через который приведет к появлению сигнала на выходе датчика 8 тока, который установит счетчик 30 в начальное состояние. При этом на первом выходе счетчика 30 установится сигнал «О, и терморегулятор 5 с помощью логического блока отключит нагревательный элемент 9.

В дальнейщем, пока терморегулятор 5 не подключит нагревательный элемент 9 вследствие понижения температуры в камере, рассматриваемый процесс будет протекать с периодом появления сигнала «1 на первом выходе счетчика 30.

Вследствие того, что период появления сигнала составляет значительное время (десятки минут), а время подключения нагревательного элемента 9 меньше половины периода сети, этот процесс практически не влияет на температуру в камере.

При аварийном состоянии устройство работает следующим образом. Все повреждения, регистрируемые устройством путем подачи сигналов сигнализатором 7, следует разделить на два вида.

К первому виду относятся неисправности или события, приводящие к тому, что нагревательный элемент 9 включается и находится в дальнейшем во включенном состоянии, например, пробой тиристоров 10 и И, обрыв терморезистора 19 или состояние, при котором нарушена теплоизоляция камеры, например неплотно закрыта камера, и т. п.

Ко второму виду аварийных состояний относятся неисправности или события, приводящие к тому, что ток через нагревательный элемент 9 выключается и в дальнейшем не включается, например, обрыв в цепи нагревательного элемента 9, отсутствие импульсов на выходе генератора 14, состояние, при котором отключены источники 1 и 2 питания, и т. п.

При первом виде аварийных состояний сигнал сброса от датчика 8 тока на таймер 6 не поступает и на выходе порогового элемента 29 присутствует единичный сигнал. Поэтому через время п (после предыдущего нормального включения) единичный сигнал с первого выхода счетчика 30 пройдет на выход элемента И 31 и через элемент ИЛИ 32 - на вход сигнализатора 7.

При втором виде аварийных состояний сигналы сброса на таймер 6 не поступают, и сигнализатор 7 включается через время Т2 от момента последнего включения тока нагревательного элемента 9 до появления сигнала на втором выходе счетчика 30 и соответственно на втором выходе таймера 6 и входе сигнализатора 7. Величина этого времени определяется как максимально возможный период падения температуры в камере от верхнего предельного значения до предельно допустимого нижнего значения при наихудших условиях. Обычно эта величина составляет несколько часов.

Формула изобретения

Термостат, состоящий из источника питания, сигнализатора и терморегулятора, содержащего в измерительной цепи логический блок включения терморегулятора, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, дополнительно

введены второй источник питания, резервный источник питания, датчик тока нагрузки, элемент развязки, генератор, выпрямитель, конденсатор, два резистора, два пороговых элемента, счетчик, элемент И и элемент ИЛИ, причем выводы второго и резервного источников питания соединены параллельно через элемент развязки но одному полюсу и подключены к входам питания сигнализатора, генератора и всех логических элементов, выход датчика тока, включенного в цепь нагрузки нагревателя терморегулятора, подключен к входу выпрямителя, выход которого соединен со входом первого порогового элемента и через параллельно соединенные кон, денсатор и первый резистор соединен с входом второго порогового элемента, соединенным с минусовой шиной через второй резистор, выход генератора соединен со счетным входом счетчика, вход сброса которого соединен с В1 1ходом второго порогового элемента, выход первого порогового элемента соединен с первым входом элемента И, второй вход которого соединен с первым выходом счетчика и входом логического блока включения терморегулятора, выход элемента И соединен с первым входом элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с вторым выходом счетчика, выход элемента ИЛИ соединен с упранзляюн им входом сигнализатора.

0

5

Изобретение относится к технике автоматического регулирования, в частности к регуляторам температуры. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства. Указанная цель достигается за счет введения генератора, выпрямителя, двух пороговых элементов, счетчика, элементов И и ИЛИ, связанных с логическим блоком в измерительной схеме термостата. Бл агодаря этому обеспечивается контроль исправности всех основных элементов термостата и термостатируемой камеры. 1 ил. сл с 00 о со о о го

Составитель В. Шефтель

Редактор Н. ЕгороваТехред И. ВересКорректор Л. Патай

Заказ 1435/40Тираж 864Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1 13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4