Устройство для регулирования температуры с самоконтролем Советский патент 1988 года по МПК G05D23/19 G05B23/02 

Изобретение относится к автоматике, конкретно к технике автоматического регулирования температуры, и мо- жет быть использовано в системах тер- мостатирования с самоконтролем.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства за счет контроля работоспособности его узлов.

На фиг,1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг,2 - функциональная схема формирователя импульсов; на фиг.З - передаточная характеристика двухпоро- гового компаратора.

Устройство содержит трансформатор 1 с вторичными обмотками 2 и 3, включенными встречно, вьшрямительный диод 4, задатчик 5 температуры, датчик 6 температуры, дифференциальный усилитель 7, второй 8 и третий 9 конденсаторы, резистор 10 обратной связи, первый делитель 11 напряжения, стаби- |лизатор 12 напряжения, усилитель 13 |мо1цности, первый конденсатор 14, вто- |рой делитель 15 ;напряжени я, нагреватель 16, двухпороговый компаратор 17, формирователь 18 импульсов, триггер Шмитта 19, элемент ИСКХПОЧАЮЩЕЕ ИЛИ 20, элемент И 21, корректирующий кон- |денсатор 22, инверторы 23 и 24, ин- . |тегрирующую цепь 25, элемент 2И-ИЛИ- НЕ 26.

Выпрямительный диод 4 производит однополупериодное выпрямление переменного намрйжания. Конденсаторы 8 и 9 необходимы для формирования пилообразных напряжений, амплитуды которых пропорциональны заданной и истинной температурам объекта соответственно. Первый делитель 11 напряжения необходим для создания требуемого режима по постоянному току для входа управления отключением стабилизатора 12 напряжения. Последний предназначен одновременно для усиления выходного сигнала дифференциального усилителя 7 по мощности и формирования пропорционального закона регулирования.

Усилитйль 13 мощности на транзис- .торе усиливает выходной сигнал стабилизатора 12 напряжения по мощности. Первый конденсатор 14 образует положительную обратную связь по переменному току. Второй делитель 15 напря- жения является делителем обратной связи для стабилизатора i 2 напряжения. Компаратор 17 является пвухпоро

5

0

5

0

5

0

5

0

5

говым: если (апряжение иа его входе лежит в пределах между ма11ряж:ениями ндоп ирдоп (фиг.З), на его выходе формируется единица, в противном случае - нуль, при зтом при нормальной работе элементов 13 и 16 на выходе делителя -15 напряжения при включении стабилизатора 12 напряжения формируется напряжение U (фиг,:3). Триггер Цмитта 9 формирует единицу при включении стабилизатора 12 напряжения и нуль .при его выключении, т.е. практически является датчиком состояния интегрального стабилизатора 12 напряжения. Элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 20 практически производит сравнение сигналов с выхода компаратора 17 и триггера Шмитта 19. Элемент И 21 формирует сигнал отказа исполнительного элемента, в который входят выходной каскад стабилизатора 12 напряжения, усилитель 13 мощности и нагреватель 16, т.е. все силовые, наиболее нагруженные элементы устройства. , I

Устройство работает следующим образом.

На задатчике 5 температуры и дат-, чике 6 относительно их общей точки имеются положительные полуволны напряжения однополупериодного выпрямления, осуществляемого выпрямительным диодом 4, находящиеся в противофазе вследствие встречного включения трансформаторных обмоток 2 и 3. Эти напряжения сглаживаются конденсаторами 8 и 9, преобразуясь в постоянное пилообразное напряжение. При условии равенству напряжения на задатчике 5 и. датчике 6 по амплитуде, что обуславливается регулировкой задатчика 5, напряжение между дифференциальными входами усилителя 7 равно нулю, т.е. .измерительная схема сбалансирована. В момент включения устройства сопротивление задатчика 5 больше сопротивления датчика 6 (при использовании в качестве последнего термометра сопротивления), поэтому на выходе дифференциального усилителя 7 напряжение. отрицательно и стабилизатор 12 напряжения включен на мощность. По мере увеличения температуры и, следовательно, увеличения сопротивления датчика 6 температуры постоянный сигнал разбаланса в - виде пилообразного напряжения через делитель 11 напряжения поступает на вход управления отключением стабилизатора 12 напряжения .

Поскольку изменение температуры в зоне охлаждения является медленно меняющимся процессом, а выключение и включение интегрального стабилизатора 12 напряжения производятся пилообразным напряжением, причем вход управления отключением стабилизатора I2|Q напряжения обладает определенным порогом включения, на выходе стабилизатора 12 напряжения формируются прямоугольные и myльcы, изменяющиеся по лительности в зависимости от измене-15 ния регулируемой температуры. Соответственно через усилитель 13 мощности и нагреватель 16 протекает импульсный ток, также изменяющийся по длительности в.зависимости от изменения регули-20 руемой температуры. Конденсатор 14 обеспечивает положительную обратную связь по переменному току, что улучшает фронты импульсов, поступающих на нагреватель 6.25

При включении интегрального стабиизатора 12 напряжения через время, определяемое задержкой его элементов, на его сигнальном выходе отключения ормируется перепад из нулевого напря-30 енин до. положительного напряжения определенного значения, поэтому на вы оде триггера Шмитта 19 формируется единица. Если все элементы устройства исправны (т.е. исправны усилитель 13 с ощности и нагреватель 16), на измерительном входе интегрального стабилизатора 12 напряжения формируется положительное напряжение (фиг. 3.), поэтому на выходе двухпорогового кон- JQ

паратора

формируется единица.

Таким образом, при исправных, элементах 13 и 16 и исправном выходном каскаде стабилизатора 12 напряжения на входах элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ 1Ш1 20 д будут одинаковые сигналы. Аналогично после отключения стабилизатора 12 напряжения на выходе триггера ЦЫитта 19 формируется нуль, и с выхода делителя 15 напряжения также снимается ну50

левое напряжение, поэтому на выходе двухпорогового компаратора 17 будет нуль. Таким образом, при исправном выходном каскаде интегрального стабилизатора 12 напряжения и исправнь х. усилителе 13 мощности и нагревателе 16 на входах элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 20 будут одинаковые сигналы, следовательно, на его выходе будет нуль. Это

Q 5 0 5

0 с Q

0

5

условие нарушается, только в моменты переключения стабилизатора 12 напряжения из-за задержки распространения сигнала от его входа управления отключением по двум каналам: сигнальньй выход отключения стабилизатора 12 напряжения - триггер Шмитта 19 и выход стабилизатора 12 напряжения - усили-: таль 13 мощности - делитель 15 напряжения - двухпороговый компаратор 17. Поэтому для исключения ложного срабатывания узла диагностики элемент И 21 запирается по первому входу нулем на время, большее разности времен распространения сигналов по указанным каналам, так как формирователь 18 импульсов по любому перепаду входного сигнала выдает на своем выходе импульс отрицательной полярности.

Если, например, произошел отказ нагревателя 16 типа Обрыв, на небольшую величину повышается напряжение на выходе стабилизатора 12 напряжения и выходе усилителя 13 мощности, так как в этом случае стабилизатор 12 напряжения начинает работать практически на холостом ходу, причем значение повышения напряжения .зависит от выходного сопротивления стабилизатора 12 напряжения, коэффициента стабилизации и т.д. В результа.те этого повьпиается напряжение на измерительном входе стабилизатора 12 напряжения и это напряжение становится равным напряжению U (фиг.З), и на вькоде двухпорогового компаратора 17 формируется %уль. Если произошел пробой транзистора усилителя 13 мощности по цепи коллектор - эмиттер типа Короткое замыкание, при включении стабилизатора 12 напряжения на нагревателе 16 падает напряжение, равное напряжению питания V, и на выходе делителя 15 напряжения формируется напряжение , (фиг.З), и на выходе двухпорогового компаратора 17 формируется нуль. Таким образом, в указанных случаях на выходе двухпорогового компаратора 17 при включении стабилизатора 12 напряжения формируется , нуль, а на выходе триггера Шитта , 19 - единица, поэтому на выходе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ I-fflH 20 - единица, и, если отказ произошел в момент включения стабилизатора 12 напряжения, через время, определяемое длительностью импульса формирователя 18, на выходе- элемента И 21 формируется сигНал отказа. Если отказ произошел пос- xte момента включения стабилизатора 12 Напряжения, он фиксируется в тот же Момент, и на выходе элемента И 21 формируется единица.

; Если, например, произошел отказ транзистора усилителя 13 мощности ти- rja Короткое замыкание в момент, Цогда стабилизатор 12 напряжения был выключен, на выходе двухпорогового компаратора 17 формируется единица, а на выходе триггера Шмитта I9 - 1-уль, поэтому с выхода элемента И 21 сразу выдается сигнал отказа в виде единицы.

I Если, например, произошел отказ транзистора усилителя 13 мощности типа Обрыв по цепи коллектор - эмиттер, в момент включения стабилизатора 12 напряжения С выхода делителя 15 снимается нулевое напряжение, меньшее ь:апряжения (фиг.З), поэтому на выходе двухпорогового компаратора 17 формируется нуль, а на выходе тригге- ра Шмитта 19 после включения стабилизатора напряжения - единица, вновь формируется сигнал отказа.

Аналогично сигнал отказа вырабатыается при неисправности нагревателя

1|6 типа Короткое замыкание. формула изобретения

; Устройство для регулирования температуры с самоконтролем, содержащее т рансформатор, вьшрямительный диод. Датчик и задатчик температуры, дифференциальный усилитель, усилитель мощности, нагреватель, первый и второй ,eлитeли напряжения, стабилизатор г апряжения, с первого по третий конденсаторы, катод выпрямительного диода подключен к одним вьгоодам двух об- йоток трансформатора, включенных йстречно, два других вывода которых

соединены каждый соответственно с

прямым и инверсным входами дифференциального усилителя, выход которого соединен с входом первого делителя напряжения, выход которого подключен к эходу управл1ения отключением стабилизатора напряжения, зьпсод которого соединен с входом усилителя мощности и через первьш ко1щенсатор с инверсным входом дифференциального усилителя и одними выводами задатчика температуры и второго конденсатора, одни вьшоды датчика температуры и третьего конденсатора соединены с прямым входом дифференциального усилителя, а другие выводы второго и третьего конденсаторов, датчика и задатчика температуры соединены с анодом выпрямительного диода и подключены к шине нулевого потенциала, выход усилителя мощности соединен с. входами нагревателя и второго делителя напряжения, выход KOTOpoi o подключен к измерительному входу стабилизатора напряжения, отличающееся. тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства за .счет контроля работоспособности его узлов, устройство содержит формирователь импульсов, триггер Шмитта, двух- пороговый компаратор, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и элемент И, выход, первьй и второй входы которого соединены соответственно с сигнальным выходом неисправности устройства, выходом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и выходом формирователя импульсов, вход которого соединен с выходом триггера Шмитта и первым входом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу двухпорогового компаратора, вход которого соединен с выходом второго делителя напряжения, а вход триггера Шмитта подключен к сигнальному выходу отключения стабилизатора напряжения .

LJ.xj

гб

Изобретение относится к автоматике, конкретно к технике автоматического регулирования температуры, и может быть использовано в системах термостатирования с самоконтролем. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства за счет контроля работоспособности его узлов. Устройство содержит трансформатор 1 с вторичными обмотками 2 и 3, выпрямительный диод 4, задатчик 5 и датчик 6 температуры, дифференциальный усилитель 7, второй 8 и третий 9 конденсаторы, резистор 10 обратной связи, первый делитель 11 напряжения, стабилизатор 12 напряжения, усилитель 13 мощности, первый конденсатор 14, второй делитель 15 напряжения, нагреватель 16, двухпороговый компаратор 17, формирователь 18 импульсов, триггер Шмитта 19, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 20,. элемент И 21, корректирующий конденсатор 22. Напряжение на нагревателе 16 контролируется двухпорого- вым компаратором 17. Результат контроля сравнивается с состоянием стабилизатора 12 напряжения, контролируемым триггером ИЫитта 19. При различных значениях сигналов на выходах двухпорогового компаратора 17 и триггера Шмитта 19 формируется сигнал отказа устройства. 3 ил. иэ (Л щ 4 СО to 4 01 Ifnxai

о Он. Son Оном Us дог, 1/« 1/кз

(риг.З

Фиг.г