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

Изобретение относится к автоматике, а именно к устройствам стабилизации и регулирования температуры металлического нагревательного элемента.

Целью изобретения является повышение точности.

На фиг.1 представлена блок-схема устройства; на фиг.2 - его принципиальная схема.

Устройство содержит резистивный мост 1 с датчиком - нагревателем 2, усилитель 3 постоянного тока, генератор 4 импульсов, вьиолненньш перестраиваемым напряжением по частоте, широтно-импульсньй модулятор 5, усилитель б переменного тока, синхронный детектор 7 и трансформатор 8, При этом широтно-импульсный модулятор 5 выполнен на транзисторах и инверторах 13 и 14, в резистивный мост кроме датчика нагревателя 2 (например, нити лампы накаливания) входят резисторы 15 - 17, синхронньш детектор 7 выполнен на.транзисторе 18, инверторах 19 и 20, ключе 21, а генератор 4 импульсов реализован на.транзисторе 22, инверторах 23 и 24 и триггерах 25 и 26.

Устройство работает следзпощим образом.

иЬиротно-импульсньш модулятор 5, управляемый от перестраивае мого ген ратора 4, питает измерительный мост i. Напряжение на датчике-нагревател 2 имеет вид симметричных двуполярны импульсов. При изменении частоты генератора 4 и тем самым скважности ИИМ-сигналов форма импульсов изменяется, однако отрицательный импуль

всегда является зеркальным по отношению к положительному.

Минимальная скважность ШИМ-сигналов равняется 2. При этом на базы выходных транзисторов 11 и 12 ШИМ-м дулятора поступают симметричные прямоугольные импульсы с максимальной частотой, что соответствует максимальному току в цепи вторичной обмоки трансформатора 8. Уменьшение частоты перестраиваемого генератора 4 приводит к возрастанию скважности ШИМ-сигналов, а соответственно - к уменьшению мощности, выделяющейся н датчике-нагревателе. Сопротивление 15 должно быть выполнено из материала с высокой температурной стабильностью (типа магнинина или констант

0

5

0

на), а его величина должна составлять не более 5% сопротивления датчика - нагревателя (во избежании значительного саморазогрева).

Стабильность всей схемы регулятора в основном определяется стабильностью эталонного резистора 15. Поэтому представляется целесообразным выполнить эталонный резистор составным из материалов с различным температурным коэффициентом сопротивления, т.е. обеспечить его дополнительную температурную компенсацию.

При необходимой температуре датчика - нагревателя измерительный мост уравновешен. При неравновесии моста на резисторе 17 относительно общего провода (земли) наблюдается сигналд совпадающий по форме с напряжением на незаземленном выводе датчика - нагревателя 2 (при избыточном нагреве последнего), или зеркальный (при

5

0

5

0

5

0

5

недостаточном нагреве), Сигнал разбаланса усиливается усилителем 6 переменного тока и поступает на вход синхронного детектора 7« Благодаря усилению сигнала разбаланса на переменном токе удается исключить нежелательный дрейф нуля усилителя. Элементы 18-20 синхронного детектора 1 преобразует сигналы произвольной формы в синфазные им сигналы прямоугольной формы, управляюш 1е аналоговым ключом 21ь Сигнал на выходе детектора - постоянное,напряжение, величина которого относительно средней точки схемы зависит от величины сопротивления датчика - нагревателя 2. Далее детектированный сигнал дополнительно усиливается усилителем 3 постоянного тока и поступает на управляющий вход перестраиваемого генератора.

Перестраиваемый напряжением генератор представляет собой мультивибратор на инверторах 23 и 24. Управление частотой колебаний мультивибратора осуществляется за счет изменения постоянной времени частотозадаю- щей RC-цепочки, причем транзистор 22 играет здесь роль переменного сопротивления. Триггеры 25 и 26 формируют симметричные прямоугольные импульсы. Таким образом, при недокале датчика - нагревателя частота генератора повышается, а при перекале соответственно понижается. При этом повышается ИЛИ понижается мощность, выделяющаяся в цепи вторичной обмотки трансформатора 8. ШИМ-сигналы формируются путем пропускания исходных симметричных прямоугольных импульсов через дифференцирующие цепочки. Транзисторы 9 и 10 при этом выполняют роль пороговых элементов, а дополнительные инверторы 13 и 14 служат для повышения крутизны фронта получаемых сигналов (так же, как и инверторы 19 и 20). В случае срьша колебаний мультивибратора транзисторы 9-12 закрываются.

По сравнению с изве-стным предлагаемое устройство позволяет достичь большей точности поддержания температуры датчика - нагревателя при сохранении достаточно высокого КПД регулятора.

Форм-ула изобретения

Устройство для регулирования температуры, содержащее резистивный мо.ст 25

0

5

0

5

с включенным в одно из плеч датчиком температуры - нагревателем, усилитель постоянного тока, генератор импульсов и широтно-импульсный модулятор, отличающееся тем, что, с целью повьшения точности, устройство содержит усилитель переменного тока, синхронный детектор и трансформатор, а генератор импульсов выполнен перестраиваемым напряжением по частоте, при этом первичная обмотка трансформатора подключена к выходу пшротно-импульсного модулятора, а вторичная обмотка соединена с входной диагональю резистивного моста и одним из входов синхронного детектора, другой вход которого связан через усилитель переменного тока с выходной диагональю резистивного моста, выход синхронного детектора через усилитель постоянного тока соединен с управляющим входом генератора импульсов, выходы которого подключены к входам широтно-импульсного модулятора.

Изобретение относится к автоматике, в частности к устройствам стабилизации и регулирования температуры металлического нагревательного элемента. Устройство содержит резис- тивный мост 1 с датчиком - нагревателем 2, который питается от широтно- импульсного модулятора 5 через трансформатор 8 и обеспечивает повышение точности за счет детектирования выходного сигнала моста синхродетекто- ром 7, управляющим частотой генератора импульсов 4, выходы которого подключены к входам широтно-импульс- ного модулятора 5. 2 ил. СП с СП о со сп