Регулятор температуры Советский патент 1988 года по МПК G05D23/19 

Фил1

Изобретение относится к технике автоматического рег улиронания температуры и может быть использовано для стабилизапии с высокой точностью температуры пьезокварцевых резонаторов.

Цель изобретения - повышение кости термостатирования.

На фи1 , 1 ггредстаплена функциональная схема предлагаемот о устройства; на фиг, 2 - схема генератора импульсов; на фит , 3 - зависимость тока базы транзисторного датчика-нагревателя от напряжения база-эмиттер при различных температурах (входная характеристика тр анзистора) ,

Устройство содержит дифференциальный усилитель 1J последовательно соединенные дифференциальный усилитель 2, устройство 3 выборки и хранения (УЩ), преобразователь А напряжение - токэ резистор 5, включенный параллельно первому и второму входам дифференциального усилителя 1

элемента И-НЕ 15, а S-вход RS-триггера 13 является управляго1Г1им вхоло; генератора 8 импульсов,

Дифференциальньш усилитель 1 предназначен для выработки компенсационного напряжения, и его коэффии(иент усиления выбирается таким, чтобы при достаточно большом токе i j-. (фиг ,3) ,

протекающем через резистор 5, на выходе дифференциального усилителя 1 формировалось напряжение, равное падению напряжения на переходе эмиттер- база транзисторного датчика-нагревателя 6 в том случае, когда температура последнего равна заданной;, т„е, при ig. ig. Qj.,Ha выходе дифференциального усилителя Т формируется напряжение Uj (фиг. 3). Дифференциальный усилитель 2 необходим для выработки напряжения, пропорционального ИСТИННОЙ температуре транзисторного датчика-нагревателя 6, УБХ 3 запоминает выходное напряжение дифференци

Изобретение может быть использовано для термостатирования кварцевых генераторов. Цель изобретения - повышение точности термостатирования. После включения транзисторный датчик - нагреватель 6 разогревается до температуры статирования, срабатывает коьшаратор 12, генератор 8 импульсов начинает работать в автоколебательном режиме с асимметричными колебаниями, длительность которых определяет длительность тактов измерения и регулирования. В коротком по времени такте измерения температуры через резистор 5 течет максимальный ток базы с генерируемый генератором 7 тока, и производится измерение температуры транзисторного датчика-нагревателя 6 путем снятия напряжения с его перехода база-эмиттер с компенсацией падения напряжения на указанном переходе, обусловленного током усилителями 1 и 2 и фиксация этого напряжения в устройстве 3 выборки и хранения. Во втором такте, т.е. в такте регулирования, ток через резистор 5 прямо пропорционален зафиксированному ранее напряжению. 1 з.п. ф-лы, 3 ил. (Л

выход которого соединен с вторым Е;ХО-25ального усилителя 2 в моменты после

дом дифференциального усилителя 2,подачи тока is-A,oiK.c цепь базы трантранзисторный датчик-нагреватель 6, .зисторного датчика-нагревателя 6,

эмиттер и коллектор которого п-одключе-Преобразователь 4 напряжение - ток

ны к клемме источника питания (не по- формирует на своем выходе ток, прямо

казан)5 а база - к второму входу пер-30пропорциональный входному напряжению,

вого и первому входу второго дифферен- Генератор 7 тока предназначен для ге- циальных усилителей; генератор 7 то- Kaj генератор 8 импульсов, элемент

нерации тока ii , Сфиг, 3) . Генератор 8 импульсов предназначен для управления режимами работы устройства. Элемент 9 задержки необходим для задержки сигналов на время, несколько большее времени распространения сигнала через дифференциальные усилители 1 и 2 и времени срабатывания задержкИ; ключи 10 и 11j причем вы35

S3

где

. ход генератора / тока через ключ 10 и выход преобразователя 4 .напряжение ток через ключ 11 соединены с первым входом первого дифференциального уси- лителя, компаратор 12, причем прямой вь1ход генератора 8 имттульсов соединен Q ча 10 т.е. с управляющим входом ключа 10 и через элемент 9 задержки - с входом уцравления записью УВХ 3 выход компаратора 12 связан с управляющим входом генератора 8 импульсов, инверсный выход последнего соединен с управляющим входом ключа 1 1 , выход дифференциального усилителя 2 подключен к первому входу компаратора 12,, второй вход которого заземлен.

Генератор 8 и fflyльcoв (фиг.. 2) содержит RS-триггер 13, элементы И-НЕ 1А и 15., конденсаторы 16 и 17,, резисторы 18 и 19 и узап 20 сброса,, при этом элементы 14 - 19 образуют схему управляемого автоколебательного мультивибратораэ выход узла 20 сброса соединен с К--входом RS-триггера 13;, выход которого связан с первым входом

нерации ток ратор 8 имп управления ва. Элемент задержки си ко большее сигнала чер тели 1 и 2

50

55

93

/ /С-,, с-г - :,й

Ключи 10 переменн ой элементов 7 базы транзи теля 6„ Ком мент достиж

Устройст разом.

- Генератор 7 тока предназначен для ге-

35

Q ча 10 т.е.

нерации тока ii , Сфиг, 3) . Генератор 8 импульсов предназначен для управления режимами работы устройства. Элемент 9 задержки необходим для задержки сигналов на время, несколько большее времени распространения сигнала через дифференциальные усилители 1 и 2 и времени срабатывания

.е.

-f- с-.

+ -.

где

ча 10 т.е.

93 время задержки шvmyльca

элементом 9 задержки;

/ /С-,, с-г - время задержки сигнала дифференциал ьньгми усилителями 1 и 2 соответственно; :,й время срабатывания ключа 10,

Ключи 10 и 11 необходимы для по- переменн ой коммутации выходных токов элементов 7 и 4 соответственно в цепь базы транзисторного датчика-нагревателя 6„ Компаратор 12 фиксирует момент достижения заданной температуры,,

Устройство работает следующим образом.

143955

Для того, чтобы транзисторный

датчик-нагреватель 6 поддерживал заданную температуру, его необходимо разогреть коллекторным током до требуемой температуры, а затем добавлять порции тепла пропорционально энергии, отбираемой в окружающее пространство. Поэтому при включении устройства на прямом выходе генератора 8 импульсов

10

формируется 1, а на инверсном О, замыкается ключ 10, через резистор

5и переход база-эмиттер транзисторного датчика-нагревателя 6 течет ток if (Лиг. 3), генерируемый генератоЛМКс

ром 7 тока, что приводит к разогреву транзисторного датчика-нагревателя 6. Так как в момент включения температур транзисторного датчика- нагревателя 6 меньше заданной, например температура включения Т Т (фит. 3), а через резистор 5 течет ток 1у,д.с то с выхода диф- ферен1щального усилителя 1 снимается напряжение U. , а с базового вывода транзисторного датчика-нагревателя

6- напряжение U (фиг. 3), .Таким образом, на выходе дифференциального усилителя 2 напряжение положительно, на выходе компаратора 12 1, и генератор 8 импульсов сохраняет прежнее состояние, при котором с его прямо.го выхода снимается 1, а с инверсного О. Разность ли u . - U; характеризует разницу между заданной и истинной температурами транзисторного датчика-нагревателя 6 и с его прогревом она уменьшается, и когда она становится равной нулю, а транзисторный датчик-нагреватель 6 разо- грел ся до заданной температуры Тухд (фиг. 3), срабатывает компаратор 12, на его выходе формируется О, и с этого момента генератор 8 импульсов работает в автоколебательном режиме с асимметричными колебаниями. В этом режиме длительность импульсов на прямом выходе генератора 8 намного меньше длительности импульсов на его инверсном выходе, при этом длительность импульса на прямом выходе должна удовлетворять условию

1

э

+ с

уьч

где

- длительность импульса на прямом выходе генератора 8 импульсов;

0

5

t-, - время задержки иьтульса

элементом 9 задержки; Cijp - время записи данных в

УВХ 3.

При использовании быстродействующих операционных усилителей в ка,че- стве дифференциальных усилителей

1и 2, высокочастотного транзистора

в качестве кл o a 10 и быстродействующего УВХ 3 время Г, составляет 12МКС, и за это короткое время при подаче тока цепь базы транзисторного датчика-нагревателя 6 последний не успевает разогреться даже на незначительную величину. За это время, т.е. когда замкнут ключ 10

и через резистор 5 течет ток ig , на выходе дифференциального усилителя 2 формируется напряжение ЛU, пропорциональное разности между заданной и истинной температурами, и, когда сигнал устанавливается (что зависит от частотных свойств транзисторного 5 датчика-нагревателя 6), с.выхода элемента 9 задержки снимается 1, производится запись значения дИ в УВХ 3 и это напряжение преобразуется преобразователем 4 в ток. При переключении генератора 8, т.е. при появлении 1 на его инверсном выходе, замыкается ключ 11 и размыкается ключ 10 и через резистор 5 течет ток i,

0

0

упр

5

определяемый формулой iynp - Ьи.

0

5

где К - постоянный коэффициент;

MJ - наЦряжение, пропорциональное разности между требуемой и истинной температ- фами тран- .зисторного датчика-нагревателя 6,

при этом значение ДУ обновляется в УВХ 3 после каждого такта регулирования, а снимается оно при токе

«макс

т.е. при максимальной чувствительности транзисторного датчика-нагревателя 6 к изменениям температуры. Таким образом, терморегулятор осуществляет пропорциональное дискретное регулирование температуры.

Генератор 8 импульсов (фиг. 2) работает следующим образом. -В момент включения узел 20 сброса формирует импульс, устанавливающий триггер 13 в нулевое состояние, поэтому мультивибратор на элементах 14-19 не работает, при этом с выхода элемента

5

5 14395516

15 снимается 1, а с выходачерез первый ключ и пыход преобразозлемента И-НЕ 14 О. Когда иа выхо-вателя напряжение - ток через второй

де компаратора 12 формируется О,ключ подключены к пйрвому выводу

триггер 13 перебрасывается, мульти-резистора, прямой выход генератора

вибратор на элементах 14-19 переходитимпульсов соединен с упранпяющим вхо-в автоколебательный режим, при этомдом первого ключа и через элемент

соответствующим выбором емкостей кон-задержки - с входом управления запиденсаторов 16 и 17 обеспечивают асим-сью устройства выборки и хранения,

метричность выходных импульсов, сни- Q выход компаратора связан с управляюмаемых с выходов элементов И-НЕ 14щим входом генератора импульсов, ини 15, и длительность этих импульсовверсный выход которого соединен с

определяет точность устройства.управляющим входом второго ключа, выход второго дифференциального усилиФормула изобретения15 теля подключен к входу устройства выборки и хранения, выход которого сое-1. Регулятор температу11Ы, содержа-динен с входом преобразователя напря-щий компаратор, генератор тока, ре- жение - ток, а второй вход компаратозистор, транзисторный датчик-нагре-ра заземлен,

ватель, первый и второй дифференци-20

альные усилители, причем выход пер-2. Регулятор по п. 1, о т л и - вого дифференциального усилителя сое чающийся тем, что генератор динен с первым входом второго диф-импульсов содержит RS-триггер, узел ференииального усилителя, второй входсброса, первый и второй элементы И-НЕ, которого подключен к первому входу25 первьш и второй резисторы и первый и первого дифференциального усилителя,второй конденсаторы, причем выход первому выв.оду резистора и базе тран-второго элемента И-НЕ является прямым зисторного дат чика-нагревателя, кол-выходом генератора импульсов и через лектор и эмиттер которого подключеныпервый конденсатор подключен к пер- к клеммам источника питания, минусо-зо вому и второму входам первого элемен- вая клемма которого заземлена, второйта И-НЕ и первому выводу первого ре- вход первот о дИ(|х})еренциального усили-зистора, выход первого элемента И-НЕ теля соединен с вторым выводом ре-является инверсным выходом генератора зистора, а выход второго дифференци-импульсов и подключен через второй ильного усилителя подключен к первому конденсатор к второму входу второго входу компаратора, отличаю-элемента И-НЕ и первому выводу второ- щ и и с я тем, что, с целью повыше-го резистора, вторые выводы обоих рения точности термостатирования, в ре-зисторов заземлены, первый вход вто- гулятор введены устройство выборкирого элемента И-НЕ связан с выходом и хранения, преобразователь напряже- Q RS-триггера, R-вход которого подклю- ние - ток, генератор импульсов, эле-чен к выходу узла сброса, а S-вход - мент задержки и первый и второй клю-к управляющему входу генератора им- чи, при этом выход генератора токапульсов.

-

Ч

тож

l

;б

FW

фЕ/5.2

7,}

ff

и

i.r