Устройство для регулирования температуры Советский патент 1993 года по МПК G05D23/19 

-5

Ё

Изобретение относится к устройствам регулирования температуры и может быть использовано, например, при разработке термостатов, терморегуляторов и других тепловых и электронных приборов с полной гальванической развязкой нагревателя от схемы управления нагревателем. Цель изобретения - повышение точности поддержания температуры и помехоустойчивости устройства - достигается тем, что в устройство, .содержащее транзисторный датчик- нагреватель 1, эмиттерный повторитель на транзисторе 2, развязывающий диод 8, дифференциальный усилитель 10, ограничивающие резисторы 3, 5, 9, 12, 15 и задающий резистор 11, введены операционный усилитель 14, три диодных оптрона 4, 7 и 16 и накопительный конденсатор 17, а также изменены связи между известными элементами. 1 ил.

Изобретение относится к системам де- гуяирования температуры и может быть использовано в термостатах, терморегуляторах и других тепловых и электронных приборах.

Цель изобретения - повышение точности поддержания температуры и помехо- устойчивости устройства.

На чертеже представлена электрическая принципиальная схема устройства для регулирования температуры.

Устройство содержит датчик-нагреватель на транзисторе 1, база которого соединена с эмиттером эмиттерного повторителя на транзисторе 2 и через резистор 3 с анодом светоизлучателя первого диодного оптрона 4, эмиттер - с его катодом и через резистор 5 с минусовой шиной силового источника 6 питания. Плюсовая шина этого источника 6 подключена к коллекторам датчика-нагревателя на транзисторе 1 и эмиттерного повторителя на транзисторе 2 и катоду фотоприемника второго диодного оптрона 7, анод которого соединен с базой второго транзистора 2. Анод светоизлучателя второго диодного оптрона 7 подключен к катоду развязывающего диода 8 и через резистор 9 к выходу дифференциального усилителя 10, неинвертирующий вход которого соединен с выходом задатчйка опорного напряжения на переменном резисторе 11. подключенном между общей шиной и резистором 12, который вторым своим выводом соединен с плюсовой шиной второго источника 13 питания. Инвертирующий вход дифференциального усилителя 10 соединен с выходом операционного усилителя 14 и через резистор 15 с его инвертирующим входом и с катодом фотоприемника третьего дополнительного оптрона 16, анод которого

00 CJ СА 00 СП

4Ьь

подключен к аноду фотоприемника первого диодного оптрона 4. Анод светоизлучателя третьего диодного оптрона 16 соединен с катодом светоизлучателя второго диодного оптрона 7, и первым выводом накопительного конденсатора 17, а катод - с вторым выводом накопительного конденсатора 17, катодом фотоприемника первого диодного оптрона 4, анодом развязывающего диода 8, неинвертирующим входом операционного усилителя 14, минусовой шиной второго источника 13 питания и общей шиной.

Устройство для регулирования температуры работает следующим образом.

В исходном состоянии на неинвертирующий вход дифференциального усилителя 10 подается опорное напряжение, величина которого соответствует заданной величине температуры нагревателя. На выходе дифференциального усилителя 10 действует напряжение положительной полярности. Это вызывает протекание тока через светоизлу- чатели второго и третьего диодного оптрона 7 и 16. Сопротивление фотоприемника второго диодного оптрона 7 - незначительно вследствие излучения света, поэтому тран- зисторы 2 и 1 открыты. При этом за счет мощности, выделяемой на коллекторе транзистора 1, происходит разогрев как самого транзистора 1, так и термостатируемого тела.

Через светоизлучатель первого диодного оптрона 4 протекает ток, величина которого пропорциональна величине напряжения перехода эмиттер-база транзистора 1. Так как фотоприемники первого и третьего диодных оптронов 4 и 16 включены последовательно-встречно, то на инвертирующем входе, а следовательно, и на выходе операционного усилителя 14 действует напряжение, пропорциональное разности токов светоизлучателей третьего и первого диодных оптронов 16 и 4 с учетом коэффициентов передачи тока этих оптронов. Это напряжение по величине меньше опорного напряжения, снимаемого с резистора 11, поэтому поддерживается положительное напряжение на выходе дифференциального усилителя 10 и, следовательно, протекание значительного по величине тока через датчик-нагреватель на транзисторе 1.

При увеличении температуры датчика- нагревателя на транзисторе 1 уменьшаются напряжение на его переходе эмиттер-база и величина тока светоизлучателя первого диодного оптрона 4. Разность напряжений на входе операционного усилителя 14 увеличивается. Следовательно, и выходное напряжение операционного усилителя 14

увеличивается, приближаясь по величине к значению опорного напряжения, снимаемого с переменного резистора 11. Как только . температура датчика-нагревателя на

транзисторе 1 превысит заданное значение, величина выходного напряжения операционного усилителя 14 станет больше величины опорного напряжения и напряжение на выходе дифференциального усилите0 ля 10 станет отрицательным. Прекратится протекание тока через светоизлучатель второго диодного оптрона 7, сопротивление его фотоприемника резко возрастет, транзисторы 1 и 2 закрываются. Следовательно, пре5 кратятся нагрев датчика-нагревателя на транзисторе 1 и протекание тока через светоизлучатель первого диодного оптрона 4. Однако за счет энергии, накопленной в конденсаторе 17, протекание тока через свето0 излучатель третьего диодного оптрона 16 какое-то время продолжается. В результате поддерживается на выходе операционного усилителя 14 положительное напряжение, превышающее по величине опорное напря5 жение, и на выходе дифференциального усилителя 10 - отрицательное напряжение, запрещающее протекание тока через датчик-нагреватель на транзисторе 1.

Когда ток разряда конденсатора 17 че0 рез светоизлучатель третьего диодного оптрона 16 уменьшается до величины, при которой выходное напряжение операционного усилителя 14 станет меньше опорного напряжения, полярность напряжения на вы5 ходе дифференциального усилителя 10 станет положительной и устройство начинает работать в режиме импульсного опроса состояния датчика-нагревателя.

При остывании датчика-нагревателя на

0 транзисторе 1 напрях ение на его переходе эмиттер-база увеличивается и процесс работы устройстоа повторяется аналогично описанному. Таким образом, температура датчика-нагревателя поддерживается на за5 данном значении,

Обеспечение импульсного, а не линейного режима работы нагревателя повышает экономичность его работы, а следовательно, и повышает КПД устройства.

0 Для обеспечения высокой точности регулирования в широком диапазоне температур в цепь эмиттера транзистора 1 может быть включен дополнительный р-п-переход диода или транзистора, имеющего тепловой

5 контакт с транзистором 1. Это увеличивает значение напряжения, снимаемого с датчика, а следовательно, увеличит и диапазон регулирования температуры.

Использование технического решения по отношению к известному устройству с

введением операционного усилителя, накопительного конденсатора и трех диодных оптронов, а также с изменением связей между известными элементами повышает точность поддержания температуры за счет обеспечения полной гальванической развязки цепей протекания импульсного тока нагревателя, который может быть значительным по величине, от слаботочных цепей усиления и формирования сигналов управления нагревателем.

Формула изобретения Устройство для регулирования температуры, содержащее транзисторный дат- чик-нагреватель, эмиттерный повторитель на транзисторе, развязывающий диод, ограничивающие резисторы, задающий резистор и дифференциальный усилитель, неинвертирующий вход которого подключен к выводу подвижного контакта задающего резистора, второй вывод которого соединен с общей шиной источника питания, а третий вывод - с первым выводом первого ограничивающего резистора, а также силовой источник питания, отличающееся тем, что, с целью повышения точности поддержания температуры и помехоустойчивости, в него введены накопительный конденсатор, операционный усилитель и три диодных оптрона, катод светоизлучателя первого из которых соединен с эмиттером транзистора датчика-нагревателя и через второй ограничивающий

13

и

10

20

15

25

30

35

резистор с минусовой шиной силового источника питания, а анод через третий ограничивающий резистор - с эмиттером транзистора змиттерного повторителя и базой транзистора датчика-нагревателя, коллектор которого подключен к коллектору транзистора, эмиттерного повторителя, плюсовой шине силового источника питания и катоду фотоприемника второго диодного оптрона, анод ф-отоприемника которого соединен с базой транзистора, эмиттерного повторителя, а анод светоизлучателя - с катодом развязывающего диода и через четвертый ограничивающий резистор с выходом дифференциального усилителя, катод светоизлучателя второго диодного оптрона соединен с первым выводом накопительного конденсатора и анодом светоизлучателя третьего диодного оптрона, анод фотоприемника которого подключен к аноду фотоприемника первого диодного оптрона, а катод фотоприемника - к инвертирующему входу операционного усилителя, выход которого соединен с инвертирующим входом дифференциального усилителя, а неинвертиругащий вход-с анодом развязывающего диода, вторым выводом накопительного конденсатора, катодом фотоприемника первого диодного оптрона, катодом светоизлучателя третьего диодного оптрона, общей шиной и минусовой шиной источника питания, плюсовая шина которого подключена к второму выводу первого ограничивающего резистора.