Термостабилизатор Советский патент 1989 года по МПК G05D23/19 

1

Изобретение относится к системам управления температурой, мэжет быть использовано при прецизионном термо- статировании различных объектов и является усовершенствованием изобретения по авт.св. № 1283722.

Цель изобретения - повышение точности -устройства.

На фиг.1 представлена функциональная схема предложенного термастаби- лизатора; на фиг.2 - функциональная схема регулятора напряжения; на фиг.З - временные диаграммы работы термостабилизатора; на фиг.4 - структурная схема регулятора напряжения.

Термостабилизатор содержит задающий резистор 1, термодатчик 2 нагревателя , задающий резистор 3, термодатчик 4 объекта, включенные по схеме моста, первый, второй.и третий источники 5-7 опорного напряжения, первый и второй компараторы 8 и 9,

вых/эды которых подключены к входам элемента ИЛИ 10, элемент НЕ 32 связанный с входом управления включением регулятора 11 напряжения, первый вход которого соединен с выходом дифференциального усилителя 12 через ограничитель 13, нагреватель 14, ключ 15, источник Т6 постоянного напряжения, резистор 17, конденсатор 18, первый и второй фоторезисторные опт- роны Т9 и 20, причем оптрон 19 содержит излучатель 21 и фоторезистор 22, а оптрон 20 - излучатель 23 и фоторезистор 24.

Регулятор 11 напряжения (фиг.2) содержит диффренциальный усилитель 25, соединенный через резисшрр 26 с базой транзистора 27 и коллектором транзистора 28, резисторы 29-31, элемент НЕ 32.

Термостабилизатор работает следующим образом.

дааи %иют

СЛ

Если температура нагревателя 14 лежит в пределах между Т, и Т± (фиг.3),то, 1ак как напряжение, снимаемое с термодатчика 2, больше выходного напряжения источника 6 опорного напряжения, на выходе компаратора 9 формируется единица (фиг.З), а на выходе компаратора 8 - логический ноль. Поэтому управляв- мый ключ 15 замкнут, на выходе элемента НЕ 32 - ноль, транзистор 28 (фиг.2) закрыт, регулятор 11 напряжения включен. В этом случае напряжение на нагревателе 14 зависит от напряжения на первом входе усилителя 25 и соотношений сопротивлений резисторов 29 и 30. Если температура объекта меньше Т,, (фиг.З), то напряжение, снимаемое с термодатчика 4, больше выходного напряжения источника 7 опорного, напряжения. При этом напряжение на, выходе дифференциального усилителя Т2 положительно по знаку и прямо пропорционально по ве- личине разности требуемой температур Т3 и истинной температуры объекта. Поэтому в зависимости от величины этой разности изменяется мощность, подводимая к нагревателю 14 (фиг.З).

Если в результате изменения теп- ловой активности внутренних элементов объекта термостатирования возникает резкое изменение температуры объекта, то напряжение, снимаемое с выхода ограничителя 13, дифференцируется цепью из элементов 17, 18 и 21 (или 23). Так, например, при резком повышении температуры объекта из-аа повышения рассеиваемой мощ- ности элементов, находящихся внутри объекта термостатирования, напряжение на выходе ограничителя 13 понижается. Конденсатор t8 перезаряжается через излучатель 23, резистор 17 и выходное сопротивление ограничителя ТЗ, и в течение, времени перезаряда фоторезистор 24, освещаемый светом, уменьшает свое сопротивление. Аналогично, при резком понижении температуры объекта происходит заряд конденсатора |8 через излучатель 21, и сопр9тивление фоторезистора 22 уменьшается. С учетом свойств RC-це- поцек передаточная функция регулятора 11, охваченного обратной связью от выхода к шунтирующему входу, приближенно представляется в виде (фиг.4 W(p) К, + КгР/(Тр + 1).

5

0

При резком изменении внешней температуры, например при охлаждении, первым охлаждается малооперационный нагреватель 14. Если его температура понижается до величины Т, выходное напряжение термодатчика 2 становится больше опорного, снимаемого с выхода источника 5 опорного напряжения, и единица с выхода компаратора 8 посг, тупает через элементы ИЛИ и НЕ, включает регулятор 11 напряжения, а единица с выхода компаратора 8 размыкает ключ 15. Выходное напряжение дифференциального усилителя 12 положительно по знаку и максимально по величине, так как на его второй вход не поступает напряжение с выхода источника 7 опорного напряжения. Это напряжение проходит через ограничитель 13 и поступает на первый вход регулятора 11 напряжения, включая нагреватель 14 на полную мощность.

Если, наоборот, нагреватель 13 перегревается и его температура достигает значения Тг, то напряжение, снимаемое с термодатчика 2, меньше выходных напряжений источников 5 и 6 опорных напряжений. Поэтому на выходах компараторов 8 и 9 формируются нули. Регулятор 11 напряжения отключается, так как на управляющий вход с выхода элемента НЕ 32 поступает единица, транзистор 28 (фиг.2) открывается до состояния насыщения, шунтируя выход дифференциального усилителя 25, и на выходе регулятора 11 напряжения формируется нулевое напряжение. Поэтому независимо от температуры объекта нагреватель 14 выключается.

Положительным эффектом предлагаемого термостабилизатора по сравнению с известным является повышение точности термостабилизации, достигаемое за счет введения дифференциальной составляющей в закон регулирования. Это позволяет термостабилизатору быстро компенсировать возмущения, связанные с изменением тепловой активности внутренних элементов объекта термостатирования. Формула изобретения

1. Термостабилизатор по авт.св. № 1283722, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, он дополнительно содержит резистор, конденсатор, первый и второй

Изобретение относится к системам управления температурой и может быть использовано при прецизионном термостатировании различных объектов. Цель изобретения - повышение точности регулирования температуры. Указанная цель достигается за счет повышения быстродействия регулятора при пропорциональном регулированиии по температуре объекта на основе введения в закон управления сигнала производной изменения температуры. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Фие.1

ивыяв i ufo.S

и$ш.ю

Ubmrt Vfax 13

a,

-Ч

KI

Kgp

Фие.2

TZ

Ь

Ь

Фи8- 3

К о map

&

I