Реверсивный пропорциональный регулятор температуры Советский патент 1989 года по МПК G05D23/19 

пературы, датчик 2 температуры, диф- 15 чего на выходе преобразователя 7

ференциальный усилитель 3 с ограничением, преобразователь 4 напряжение - частота (ПНЧ) реверсивный счетчик 5, схему 6 ограничения по переполнению, четырехквадрантный цифроаналоговый преобразователь 7, инвертирующий усилитель 8, вторые диоды 9 и 10, резисторы 11 и 12 , полевой транзистор 13, формирователь 14 запускающих сигналов, ключевые элементы 15 и 16, термобатарею 17, первые диоды 18 и 19 и выпрямитель 20.

Регулятор работает следующим образом.

устанавливается максимальное положительное напряжение, а на выходе инвертирующего усилителя - максимальное напряжение. Положительное напряжение через диод 9 и резисторы 11 и 12 поступает на вход транзистора 13. Резистор 12-служит для развязки общих проводов управляющей и силовой части регулятора. Таким образом, положительный ток от положительного полюса выпрямителя через ключевой элемент 15, через открытый управляющим напряжением транзистор 13 и через диод 19 поступает на термо

Изобретение относится к технике автоматического регулирования ,в частности, температуры в термостатах с полупроводниковой термобатарей. Реверсирование тока через термобатарею позволяет осуществлять режим нагрева и охлаждения. Цель изобретения - повышение надежности регулятора. Надежность повышается за счет того, что регулятор содержит задатчик 1 и датчик 2 температуры, последовательно соединенные дифференциальный усилитель 3, преобразователь 4 напряжение-частота (ПНЧ), реверсивный счетчик 5 и ЦАП 7, выпрямитель 20, выходы которого через ключевые элементы 15 и 16 подключены к полевому транзистору 13, параллельно которому последовательно подключены два первых диода 18 и 19

точка соединения диодов подключена к термобатарее 17, а второй вход термобатареи подключен к нулевому проводу выпрямителя

затвор транзистора подключен через два вторых диода 9 и 10 к выходам ЦАП 7, выполненного по четырехквадратной схеме, управляющие входы которого соединены с реверсивным счетчиком 5 и дополнительно введенным инвертирующим усилителем 8, старший разряд счетчика соединен с формирователем 14 запускающих сигналов, к реверсивному счетчику подключена схема ограничения 6 по переполнению. Схема не боится сквозных токов, т.к. положительный и отрицательный полюса связаны через транзистор, работающий в режиме управления током, и, кроме того, переключение ключевых элементов происходит эпизодически, при этом ток через транзистор в момент переключения близок к нулю. 1 ил.

После установки напряжения на за- 30 батарею 17. При нагреве объекта до

датчике 1 температуры (вручную или по коду от ЭВМ), соответствующего заданной температуре (например, такой температуре, при которой происходит наг- чрев объекта) , напряжение задатчика сравнивается с напряжением, поступающим с датчика 2 температуры на входах дифференциального усилителя 3. Дифференциальный усилитель 3 начинает работать в режиме ограничения и на входе преобразователя 4 устанавливается максимальное, например, поло- жительное напряжение. На выходе преобразователя, подключенного к входу сложения реверсивного счетчика 5 появляются импульсы напряжения постоянной частоты, определяемой выходным напряжением усилителя 3 в режиме ограничения и крутизной преобразования преобразователя 4. Если принять} что максимальное положительное напряжение на выходе четырехквадрантного цифроаналогового преобразователя 7 соответствует коду 11 11 реверсивного счетчика, нулевое напряжение соответствует коду 10 00, а максимальное отрицательное напряжение соответствует коду 00 00, то при коде счетчика больше 10 10 на выходе

$ 0

5

0

5

заданной температуры напряжение на датчике 2 температуры устанавливается равным напряжению задатчика температуры (а затем больше). При этом частота с выхода преобразователя 4 уменьшается, становится равной нулю и импульсы по входу вычитания начинают вычитаться из числа 11 11 до тех пор пока не установится состояние термодинамического равновесия, т.е. подводимое тепло к объекту не будет равно теплу рассеиваемого объектом. После окончания переходного процесса выхода на заданную температуру напряжение датчика 2 температуры становится равным напряжению задатчика 1 температуры, частота на выходе преобразователя 4 устанавливается равной нулю, а в счетчике 5 устанавливается такой код, который обеспечивает с выхода преобразователя 7 такое напряжение, которое необходимо для управления транзистора 13, чтобы пропустить требуемый положительный ток через термобатарею 17. При установке на задатчике 1 температуры, требующей охлаждения объекта, с дифференциального усилителя 3, работающего в режиме ограничения, поступает максимальное отрицательное напряжение, которое управляет преобразователь 4 таким образом, что с выхода вычитания поступает максимальная частота на выход реверсивного счетчика 5.

Число, установленное на счетчике в режиме нагрева, уменьшается, и тем самым соответственно уменьшает- ся напряжение на выходе преобразователя 7 до кода 00, когда напряжение на его выходе становится равным нулю. Далее напряжение на выходе преобразователя 7 становится отрица- тельным. При переходе через нуль код старшего разряда счетчика 5 становится равным нулю, который поступает в формирователь 14, закрывает ключевой элемент 15 и открывает ключевой элемент 16.

При появлении отрицательного напряжения с выхода преобразователя 7 диод 9 закрывается, а управление транзистором 13 осуществляется через ин- вертирующий усилитель 8 и диод 10. В этом случае ток с отрицательного полюса выпрямителя через ключевой элемент 16, транзистор 13 и диод 18 поступает на термобатарею 17, которая вторым концом подсоединена к нулевому проводу выпрямителя. При достижении на реверсивном счетчике 5 кода, равного нулю (объект не успевает охладиться), схема 6 ограничения по переполнению продолжает сохранять на счетчике код, равный 00, в результате чего на выходе преобразователя 7 устанавливается максимальное отрицательное напряжение, которое через инвертирующий усилитель 8 максимально открывает транзистор 13.

После переходного процесса выхода на заданную температуру в реверсивном счетчике 5 устанавливается код, который обеспечивает с выхода преобразователя 7 напряжение, которое необходимо для управления транзистором 13, т.е. чтобы пропустить требуемый отрицательный ток через термобатарею 17.

Так как положительный и отрицательный ток, проходящий через термобатарею 17 и транзистор 13, проходит в одном и том же направлении, то регулировочные характеристики управления пропорциональным регулятором

JQj$20

25 30 Q

45

0

5

в режиме подогрева и охлаждения идентичны.

Повышенная надежность регулятора объясняется тем, что схема регулятора не боится сквозных токов, так как во-первых, положительный и отрицательный полюс связаны через транзистор, работающий в режиме управления током (ток ограничен поданным на затвор напряжением), и, во-вторых переключение ключевых элементов происходит эпизодический, при этом ток через транзистор в момент переключения близок к нулю.

Формула изобретения

Реверсивный пропорциональный регулятор температуры, содержащий датчик и задатчик температуры, подключенные к входам дифференциального усилителя с ограничением, к выходу которого подключены последовательно соединенные преобразователь напряжение - частота, реверсивный счетчик и цифроаналоговый преобразователь, а также ключевые элементы, управляющие входы которых связаны с выходом формирователя запускающих сигналов, термобатарею, подключенную одним выводом к среднему выводу выпрямителя, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности регулятора, он содержит полевой транзистор, параллельно которому включены два согласно включенных первых диода, инвертирующий усилитель и два других диода, через один из которых затвор полевого транзистора соединен с выходом выполненного четы- рехквадрантным цифроаналогового преобразователя и входом инвертирующего усилителя, а через другой - с выходом инвертирующего усилителя, второй вывод термобатареи связан с точкой соединения первых диодов, сток, связанный с катодом одного из первых диодов, и исток, связанный с анодом другого из первых диодов, полевого транзистора подключены к крайним выводам выпрямителя через ключевые элементы, вход формирователя запускающих сигналов связан со старшим разрядом реверсивного счетчика, снабженного схемой ограничения переполнения.