Стабилизатор температуры Советский патент 1993 года по МПК G05D23/19 

ел

с

Изобретение может быть использовано в системах автоматической стабилизации температуры объектов, Цель изобретения - повышение точности поддержания температуры при широком изменении напряжения питания - достигается тем, что в стабилизатор температуры, содержащий датчик и задатчик температуры, подключенные к входам элемента сравнения, дифференциальный усилитель, генератор пилообразного напряжения, динамическое запоминающее устройство, суммирующий усилитель, компаратор, усилитель мощности, нагреватель и источник питания, введе- ны опорный элемент, резистор, управляемый ключ и фильтр нижних частот, f ил.

Изобретение относится к области автоматического регулирования температуры и может быть использовано в радиотехнических, тепловых и других приборах, в частности для стабилизации температуры чувствительных элементов систем автоматики.

Известен стабилизатор температуры, содержащий датчик и задатчик температуры, подключенные ко входам элемента сравнения, выходом соединенного со входом дифференциального усилителя, генератор пилообразного напряжения, и последовательно соединенные компаратор, усилитель мощности и нагреватель.

Это устройство обладает низкой точностью поддержания температуры из-за влия- ния нестабильности амплитуды пилообразного напряжения и нестабильности напряжения на выходе делителя напряжения, приводящему к уменьшению температуры регулирования, когда амплитуда пилообразного напряжения больше напряжения на выходе делителя напряжения, или увеличению температуры регулирования, когда амплитуда пилообразного напряжения меньше, чем напряжение на выходе делителя напряжения.

Из известных стабилизаторов температуры наиболее близким по технической сущности является стабилизатор температуры, содержащий датчик и задатчик температуры, подключенные к входам элемента сравнения, выход которого соединен с входом дифференциального усилителя, генератор пилообразного напряжения, подключенный ко входу динамического запоминающего устройства и к первому входу суммирующего усилителя, второй вход которого подключен к выходу дифференциального усилителя, и последовательно соединенные компаратор, усилитель мощности и нагреватель, причем первый вход компаратора подключен к выходу суммирующего усилителя, а второй

VI

ч ел

Јь ы

ON

вход к выходу динамического запоминающего устройства.

Недостатком этого устройства является низкая точность поддержания температуры в условиях резкого колебания напряжения источника питания, т.к. пропорционально увеличению (уменьшению) напряжения питания, увеличивается (уменьшается) мощность, выделяемая в нагревателе, что не позволяет поддерживать температуру с высокой точностью.

Цель изобретения - повышение точности поддержания температуры при действии дестабилизирующих факторов в виде изменения напряжения питания.

Поставленная .цель достигается тем, что в стабилизатор температуры, содержащий датчик и зэдатчик температуры, подключенные к входам элемента сравнения, выход которого соединен с входом дифференциального усилителя, генератор пилообразного напряжения, подключенный ко входу динамического запоминающего устройства и к первому входу суммирующего усилителя, второй вход которого подключен к выходу дифференциального усилителя, и последовательно соединенные компаратор, усилитель мощности и нагреватель, причем первый вход компаратора подключен к выходу суммирующего усилителя, а второй вход к выходу динамического запоминающего устройства, дополнительно введены фильтр нижних частот, подключенный выходом ко входу элемента сравнения, ключ, подключенный управляющим входом к выходу компаратора, а выходом ко входу фильтра нижних частот, и подключенные между нагревателем и общим выводом источника питания последовательно соединенные опорный элемент и ограничивающий резистор, общий вывод которых подключен к информационному входу ключа.

На чертеже представлена схема стабилизатора температуры.

Стабилизатор температуры содержит датчик 1 температуры и задатчик 2 температуры, подключенные через элемент 3 сравнения к входу дифференциального усилителя 4, генератор 5 пилообразного напряжения, суммирующий усилитель 6 и ди- намимзское запоминающее устройство 7, выходы которых подключены соответственно к перзсу.у и второму входам компаратора 8, РЫХОД компаратора 8 подключен к управляющему входу ключа 9 и через усилитель мощности 10 и нагреватель 11 к источнику питания Еп, вход ключа 9 подключен к точке соединения последовательно включенных к источнику питания Еп резистора 13 и опорного элемента 12, а выход ключа 9 через

фильтр нижних частот 14 подключен к третьему входу элемента сравнения 3.

Стабилизатор температуры работает следующим образом.

При отклонении температуры от номинальной напряжение рассогласования между датчиком 1 и задатчиком 2 температуры поступает на дифференциальный усилитель 4, на выходе которого появляется сигнал,

пропорциональный отклонению температуры от заданной, Это напряжение поступает на первый вход суммирующего усилителя 6, на второй вход которого поступает пилообразное напряжение с выхода генератора пи5 лообразного напряжения 5. Это же пилообразное напряжение поступает на вход динамического запоминающего устройства 7, в котором обеспечивается слеже- ние за амплитудой пилообразного

0 напряжения и последующее хранение текущего значения этой амплитуды. Постоянное напряжение динамического запоминающего устройства 7 всегда равное амплитуде пилообразного напряжения поступает на

5 первый вход компаратора 8, являясь опорным напряжением компаратора. На второй вход компаратора 8 поступает напряжение с суммирующего усилителя 6, равное сумме пилообразного, напряжения и напряжения

0 рассогласования усиленное дифференциальным усилителем 4, которое больше постоянного напряжения динамического запоминающего устройства 7 на величину напряжения рассогласования на выходе

5 дифференциального усилителя 4.

В результате сравнения напряжения на выходе суммирующего усилителя 6 и на выходе динамического запоминающего устройства 7 компаратором 8 на его выходе

0 присутствуют прямоугольные импульсы, длительность которых зависит от уровня сигнала рассогласования, т.е. отклонения температуры от заданного значения.

Эти импульсы открывают усилитель

5 мощности 10 и в течение этого времени через нагреватель 11 протекает ток.

Одновременно с этим прямоугольные импульсы е выхода компаратора 8 открывают на то же время ключ 9 и постоянное

0 напряжение с резистора 13 на выходе ключа 9 преобразуется в прямоугольные импульсы той же длительности, что и импульсы на выходе компаратора 8. Эти импульсы поступают на вход фильтра нижних частот 147на

5 выходе которого выделяется постоянная составляющая величина, пропорциональная соответствующему входному напряжению {или длительности импульсов на выходе компаратора 8). Это постоянное напряжение полярностью противоположной напряжению рассогласования между датчиком 1 и задатчиком 2 поступает также на дифференциальный усилитель 4. В дифференциальном усилителе 4 происходит вычитание этого постоянного напряжения из напряже- ния рассогласования, его выходное напряжение уменьшается, уменьшается напряжение и на выходе суммирующего усилителя 6, поступающего на второй вход компаратора 8, уменьшается время нахож- дения компаратора 8 в состоянии, которое открывает усилитель мощности 10, уменьшается и время протекания тока через нагреватель 11. Таким образом, напряжение на нагревателе 11, пропорционально разно- сти напряжения рассогласования между датчиком 1 и задатчиком 2 и напряжения, поступающего с резистора 13 через ключ 9 и фильтр нижних частот 14.

По мере разогрева нагреваемого обьек- та напряжение рассогласования между датчиком 1 и задатчиком 2 температуры уменьшается, соответственно уменьшается напряжение на выходе дифференциального усилителя 4 и, следовательно, на выходе суммирующего усилителя 6 и уменьшается ширина импульсов на выходе компаратора 8 и, следовательно, ширина импульсов на выходе ключа 9, и уменьшается постоянное напряжение на выходе фильтра нижних ча- стот 14, поступающего с резистора 13 через ключ 9, на вход дифференциального усилителя 4, уменьшается напряжение на нагревателе 11, таким образом, среднее значение напряжения на нагревателе пропорцио- нально величине напряжения рассогласования между датчиком 1 и задатчиком 2 температуры.

При увеличении (уменьшении) напряже- ния источника питания Еп на ту же самую

Формула изобретения Стабилизатор температуры, содержащий датчик и задатчик температуры, подключенные к входам элемента сравнения, выход которого соединен с входом дифференциального усилителя, генератор пилообразного напряжения, подключенный к входу динамического запоминающего устройства и к первому входу суммирующего усилителя, второй вход которого подключен к выходу дифференциального усилителя, и последовательно соединенные компаратор, усилитель мощности и нагреватель, причём первый вход компаратора подключен к выходу суммирующего усилителя, а второй вход - к выходу динамического запоминаювеличину увеличивается (уменьшается) напряжение на резисторе, 13, увеличивается (уменьшается) напряжение на нагревателе 11 и на выходе ключа 9 и увеличивается (уменьшается) постоянная составляющая на выходе фильтра нижних частот 14, уменьшая (увеличивая) напряжение на выходе дифференциального усилителя 4, и суммирующего усилителя 6, поступающего на второй вход компаратора 8, соответственно уменьшается (увеличивается) длительность импульсов на выходе компаратора 8, соответственно уменьшается (увеличивается) время открытия усилителя мощности 10, а напряжение на нагревателе остается неизменным при изменении напряжения питания.

Как только температура объекта достигла заданной, напряжение на выходе дифференциального усилителя 4 равно нулю, на выходе суммирующего усилителя 6 будет пилообразное напряжение, а на выходе динамического запоминающего устройства будет постоянное напряжение, всегда равное амплитуде пилообразного напряжения, поэтому компаратор 8 закроет усилитель мощности 10 и ключ 9, и ток через нагреватель 11 течь не будет, и постоянное напряжение с резистора 13 через ключ 9 и фильтр 14 на дифференциальный усилитель поступать не будет до тех пор, пока снова не появится сигнал рассогласования между датчиком 1 и задатчиком 2 температуры, т.е. не отклонится температура от заданной.

Таким образом, введение в стабилизатор температуры новых элементов и связей позволит повышать точность работы стабилизатора температуры за счет повышения стабильности напряжения на нагревателе при изменении напряжения питания в широких пределах.

щего устройства, отличающийся тем, что, с целью повышения точности стабилизатора в условиях колебания напряжения источника питания, в него дополнительно введены фильтр нижних частот, подключенный выходом к входу элемента сравнения, ключ, подключенный управляющим входом к выходу компаратора, а выходом к входу фильтра нижних частот, и подключенные между нагревателем и общим выводом источника питания последовательно соеди- ненные опорный элемент и ограничивающий резистор, общий вывод которых подключён к информационному входу ключа.