Устройство для регулирования температуры Советский патент 1988 года по МПК G05D23/24 

со 00 оо оо

Изобретение относится к системам автоматического регулирования и может быть использовано для автоматического регули-. рования температуры в термостатах для термостатирования различных электронных узлов.

Цель изобретения - повышение быстродействия в широком диапазоне температур внешней среды.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства; на фиг. 2 - диаграммы его работы.

Устройство содержит термочувствительный мост I, элемент 2 сравнения, усилитель 3, нагреватель 4, преобразователь 5 уровня, пороговый элемент 6, выполненный в виде триггера, ключ 7, датчик 8 температуры внешней среды, формирователь 9 импульсов, элемент 10 блокировки, источник 11 питания.

Термочувствительный мост 1 необходимо располагать непосредственно на нагревателе 4, датчик 8 температуры внешней среды (начальной температуры объекта) должен находиться за пределами термостата так, чтобы величина его сопротивления не изменилась от изменения температуры в термостате за время первого включенного состояния нагревателя 4.

При необходимости, а именно при условии, когда на величину сопротивления датчика 8 (терморезистора) оказывает влияние температура термостата, он должен быть размешен в термоизоляционном корпусе, который способствует значительному уменьшению этого влияния в течение времени первого включенного состояния нагревателя 4.

Преобразователь 5 уровня предназначен для согласования уровней напряжений между выходом элемента 2 сравнения и входом триггера 6. Формирователь 9 импульсов необходим для формирования импульса сброса триггера 6 после включения термостатирую- шего устройства. Элемент 10 блокировки необходим для отключения терморезистора 8 в случае, когда температура объекта выше температуры внешней среды, с целью предот- врашения перегрева объекта (например, в случае кратковременного отключения тер- мостатируюшего устройства)-. Данную функцию можно выполнить, например, с помощью выключателя, вынесенного на пульт управления: оператора.

Устройство работает следующим образом.

При включении устройства температура термостата и объекта равна температуре внешней среды, термочувствительный мост 1 разбалансирован и элемент 2 сравнения переводит усилитель 3 в режим насыщения, включая нагреватель 4. Одновременно на триггер 6 от формирователя 9 импульсов приходит импульс сброса и прямой выход триггера 6 устанавливается в состояние логического «О, при этом размыкается ключ 7, подключая датчик 8 температуры внешней среды (терморезистор) в противоположное

0

0

5

0

5

0

5

0

5

датчику температуры плечо термочувствительного моста 1, смещая точку его баланса, тем самым увеличивая время первого включенного состояния нагревателя 4.

При достижении баланса термочувствительного моста Г элемент 2 сравнения посредством усилителя 3 отключает нагреватель 4. Одновременно с этим перепад напряжения с выхода элемента 2 проходит через преобразователь 5 уровня на информационный вход триггера 6 и перебрасывает его в противоположное состояние, при котором на прямом его выходе появляется логическая «1 (это положение триггер б сохраняет .в течение всей дальнейшей работы устройства). Под воздействием логической «1 ключ 7 замыкается и шунтирует терморезистор дополнительного разбаланса, устраняя его влияние при дальнейшей работе регулятора. После отключения нагревателя 4 его температура начинает уменьшаться, отдавая запасную энергию объекту термостатирования. Температура объекта, который получает запасную энергию нагревателя продолжает расти до температуры, равной температуре статирования, при которой процесс выхода в режим термостата заканчивается.

Рассмотрим выход в режим термостатирования в зависимости от температуры внешней среды (начальной температуры объекта).

В первом случае, когда разность между значениями температур термостатирования и внешней средой АГ равна заданному (номинальному) значению ДГз, нагреватель разогревается по кривой Л7н ДО температуры, соответствующей ДГз+Гп (где „ - температура перегрева нагревателя, которая определяется величиной сопротивления терморезистора измерительного моста 1) времени /4 и отключается. Объект термостатирования вследствие наличия собственно термоемкости и теплового сопротивления между ним и нагревателем разогревается по кривой ДГо, имеющей постоянную времени большую, чем кривая АГн- После отключения нагревателя температура объекта продолжает расти с уменьщающейся скоростью за счет запасной энергии нагревателя, которой достаточно для доведения объекта до температуры термостатирования. Отдавая свою запасную энергию, нагреватель охлаждается до температуры термостатирования, к которой приходит одновременно с объектом в момент времени t.

Во втором случае, когда (температура окружающей среды уменьщилась) и величина дополнительного разбаланса не изменилась, а осталась равной Тп (для устройства без применения терморезистора), нагреватель разогревается по кривой ДГ, а объект АТо - до момента времени /7, соответствующего отключению нагревателя. Далее нагреватель охлаждается (с большей скоростью, чем в первом случае при АТ

:ЛГз, так как величина ДГ и разность температур между нагревателем и объектом увеличилась), отдавая запасную энергию объекту термостатирования. В данном случае запасной энергии нагревателя недостаточно для доведения объекта до температуры термостатирования и последний, когда нагреватель уже вышел на режим термостатирования, продолжает еще разогреваться до момента времени /ю.

В устройстве, когда , величина сопротивления терморезистора увеличилась и стала больше, чем при , перегрев нагревателя увеличивается до величины, близкой к оптимальной (, при которой нагреватель отключается в момент времени /8, охлаждается и достигает температуры термостатирования в момент времени /д одновременно с объектом (фиг. 2, штриховая линия).

В случае, когда (температура внешней среды увеличилась) и величина дополнительного разбаланса равна Тп (для устройства без терморезистора), нагреватель разогревается по кривой АГн, а объект- АГо до момента времени tz, соответствующего отключению нагревателя. Далее нагреватель охлаждается (с меньшей скоростью, чем в первом случае при , так как величина А7 и разность температур между нагревателем и объектом уменьшилась), отдавая запасную энергию объекту термостатирования. В данном случае запасной энергии нагревателя больше, чем необходимо для доведения объекта до температуры термостатирования. В результате этого происходит перегрев объекта и его выход на режим термостатирования в момент времени /5- В предлагаемом устройстве, когда А7 ;А7 з, величина сопротивления терморезистора меньше, чем в случае, когда А7 А7 з, и перегрев нагревателя уменьшается до величины близкой к оптимальной (Tfi), при которой нагреватель отключается в момент времени t, охлаждается и достигает температуры термостатирования в момент

времени tz одновременно с объектом (фиг. 2, штриховая линия).

Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с известным позволяет осушествлять режим разогрева, близкий к оптимальному в широком диапазоне значений начальной температуры объекта, когда она равна температуре окружающей среды. Это повышает его быстродействие и уменьшает

величину перерегулирования. Так, например, применяя в качестве терморезистора дополнительного разбаланса, полупроводниковый резистор, величина перерегулирования по сравнению с известным устройством уменьшилась более чем в 5,5 раза (при АГ ;А7 з),

а при разогрев объекта практически совпадал с оптимальным. Приведенные результаты получены при температуре тер- мостатировання 60°С и изменениях величины температуры внешней среды в пределах от 10 до 35°С.

Формула изобретения

Устройство для регулирования температуры, содержащее последовательно соединенные термочувствительный мост, элемент сравнения, усилитель и нагреватель, а также пороговый элемент и ключ, включенный параллельно одному из плеч термочувствительного моста, причем выход порогового элемента связан с первым управляющим

выходом ключа, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия в широком диапазоне температуры внешней среды, устройство содержит преобразователь уравнения, формирователь импульсов и элемент блокировки, при этом пороговый элемент

выполнен в виде триггера, информационный вход которого подключен к выходу преобразователя уровня, вход которого соединен с выходом элемента сравнения, а вход сброса триггера подключен к выходу формирователя импульсов, выход элемента блокировки соединен с вторым управляющим входом ключа, а параллельно ключу в термочувствительный мост включен датчик температуры внешней среды.

ti i2 ts ill tf is f 7 8 3 ijo Фие.2

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано для автоматического регулирования температуры в термостатах. Устройство содержит последовательно соединенные термочувствителный мост, элемент сравнения, усилитель и нагреватель, при этом для -повышения быстродействия в широком диапазоне температур внешней среды в одно термочувствительного моста включен датчик температуры внешней среды, параллельно которому подключен ключ, управление которым производится триггером, информационный вход которого через преобразователь уровня соединен с выходом элемента сравнения, а к входу сброса триггера подключен выход формирователя импульсов. 2 ил.