Устройство для регулирования температуры Советский патент 1978 года по МПК G05D23/19 

1

Устройство для регулирования температуры относится к области автоматического регулирования температуры и может быть использовано в системах термостатирования с малым временем установления рабочей температуры.

Известны устройства для регулирования температуры, обеспечивающие малое время установления рабочей температуры путем подключения дополнительного нагревателя 1.

Из известных устройств наиболее близким по технической суш,ности к изобретению является устройство, содержащее операционные усилители, к первым входам которых подключен датчик температуры, а ко вторым входам - источник опорных напряжений, блок формирования управляющего сигнала с входным зарядным диодом, нагреватель, подключенный через тиристориът исполнительный элемент, управляющий электрод которого соединен с выходом блока формирования управляющего сигнала, к источнику переменного напряжения, и источник постоянного напряжения 2.

Источник постоянного напряжения и включенный последовательно с ним источник опорных напряжений формируют стабильные постоянные напряжения в течение обеих полуволн напряжения сети.

Недостатком известного устройства является значительный ток, потребляемый операционными усилителями и источником опорных напрян ений от источника постояниого напряжения, а также блоком формирования управляющего сигнала и источником постоянного напряжения от сети, что снижает коэффициент полезного действия устройства.

Цель изобретения заключается в повышении коэффициента полезного действия устройства.

Эта цель достигается тем, что анод входного зарядного диода блока формирования

управляющего сигнала соединен с анодом тиристорного исполнительного элемента, подключенного к источнику постоянного напряжения.

На фиг. 1 изобрал ена функциональная

схема предложенного устройства для регулирования температуры; на фиг. 2 - принципиальная схема предложенного устройства для регулирования температуры. Предложенное устройство для регулирования температуры содержит датчик температуры 1, подключенный к входам операционных усилителей 2, 3, 4, источник опорных напряжений 5, блок формирования управляющего сигнала 6, тиристорный испол 1ительный элемент 7, включенный последователыю с нагревателем 8, и источник постоянного нанряження 9. Выход операцнонного усилителя 2 соединен с управляющим электродом тнрнстора 10, выход операционного усилителя 3 - с управляющим электродом тиристора 11, а выход операционного усилителя 4 - с управляющим электродом тиристора 12. Катоды тиристоров 10 и 12 соединены с анодом тиристора И. Анод тиристора 12 через зарядный конденсатор 13 соединен с анодом тиристора 10, анод тиристорного исполнительного элемента 7 соединен с нагревателем 8. Другой конец нагревателя 8 и катод тиристорного исполнительного элемента 7 подключены к источнику переменного напряжения. Анод тиристора 12 соединен с катодом входного зарядного диода 14, анод которого подключен к аноду тиристорного исполнительного элемента 7, управляющий электрод которого через ограничительный резистор 15 подключен к аноду тиристора 10. Источник постоянного напряжения 9 (фиг. 2) содержит диод 16, анод которого подключен к аноду элемента 7, а катод через резистор 17 - к катоду стабилитрона 18. Анод стабилитрона 18 соединен с катодом стабилитрона 19 и выведен на общий конец схемы. Катод стабилитрона 18, анод стабилитрона 19 и общий конец схемы подключены к выводам питания микросхем 20, 21, 22 операционных усилителей 2, 3, 4. Катод стабилитрона 18 подключен к входу источника опорных напряжений 5. Источник опорных напряжений 5 содерл ит резистор 23, включенный на входе источника опорных напряжений 5 и соединенный с катодом стабилитрона 24, анод которого подключен к общему концу схемы. К катоду стабилитрона 24 через резистор 25 подключены три потенциометра 26, 27, 28, средние выводы которых являются выходами источника опорных напряжений 5. Выходы источника опорных напряжений 5 подключены к резисторам 29, 30, 31, включенных на входе операционных усилителей 2, 3, 4. Другие концы резисторов 29, 30, 31 соединены с неинвертирующими входами микросхем 20, 21, 22. Инвертирующие входы микросхем 20, 21, 22 через сопротивления 32, 33, 34 подключены к резистору 35 и датчику температуры 1, другой конец которого соединен с катодом стабилитрона 24 источника опорных напряжений 5. Выходы микросхем 20, 21, 22 через резисторы 36, 37, 38 подключены к анодам диодов 39, 40, 41, катоды которых соединены с резисторами 42, 43 и 44 и являются выходами операционных усилителей 2, 3, 4. Другие концы резисторов 42, 43, 44 соединены с общим концом схемы.

Устройство для регулирования температуры работает следующим образом.

В начале каждой ноложительной полуволны тиристорный исполнительный элемент 7 закр1 1т (время включения его не более 10 мксек) и на вход источника постоянного напряжения 9 подается все напряжение источника переменного напряжения. 5 На выводы питания операционных усилителей 2, 3, 4 нодаются постоянные напряжения со стабилитронов 18, 19, а на неинвертирующие входы микросхем 20, 21, 22- опорные напряжения с потенциометров 26,

10 27, 28, амплитуды которых выбираются таким образом, чтобы выходные сигналы операционных усилителей 2, 3, 4 закрывали тиристор 10 при температуре выше °ном, тиристор 12 при температуре выше if°mm,

15 тиристор 11 при температуре выше Гтах, причем

Ып 4ом-Д Сах ном +

где - Требуемая температура отслеживания;

М° - точность отслел ивания температуры.

25 При в начале положительной полуволны в течение времени, необходимого для включения тиристорного исполнительного элемента 7, через его управляющий электрод текут токи тиристоров 10, И и ток заряда конденсатора 13 через тиристоры 11, 12. После того как тиристорный исполнительный элемент 7 откроется, на вход источника постоянного напряжения 9 переменное напряжение подаваться не будет.

5 Источник опорных напряжений 5 и операционные усилители 2, 3, 4 отключатся. Выключаются и тиристоры 10, 11, 12 блока формирования управляющего сигнала 6, так как потенциал анода стабилитрона 19

0 станет приблизительно равен потенциалу катода тиристорного иcпOv нитeльнoгo элемента 7.

В начале отрицательной полуволны напряжения сети через управляющий электрод тиристорного исполнительного элемента 7 течет ток перезаряда конденсатора 13 через входной зарядный диод 14. Как только откроется тиристорный исполнительный элемент 7, ток перезаряда прекратится, так

0 как потенциал анода входного зарядного диода 14 станет приблизительно равен потенциалу катода тиристорного исполнительного элемента 7. Таким образом, при нагреватель

5 подключен к сети в течение обеих полуволн напряжения сети, что обеспечивает форсированный нагрев до температуры отслеживания устройства. При этом блок формирования управляющего сигнала 6

0 потребляет мощность только в начале каждой полуволны, а операционные усилители 2, 3, 4, источник опорных напряжений 5 и источник постоянного напряжения 9 лишь в начале каждой положительной полуволны.

При t°min t° t°uou через заправляющий электрод тиристорного исполнительного элемента 7 текут токи тиристоров 10, 11 только в начале положительной полуволны источника переменного напрял ения до момента отпирания тиристорного исполнительного элемента 7 (тиристор 12 закрыт).

8отрицательную полуволну через управляющий электрод тиристорного исполнительного элемента 7 ток не течет (тиристоры 10, 12 закрыты). Через нагреватель 8 протекает незначительный ток стабилизации стабилитронов 18, 19. При этом мощность, рассеиваемая в нагревателе не менее чем на 3 порядка меньше максимальной мощности нагрева. Нагреватель 8 практически отключен от источника переменного напряжения до тех нор, пока температура в месте расположения датчика температуры 1 не станет равной АюмТаким образом, отслеживание температуры ведется на половинной мощности нагревателя. При этом операционные усилители 2, 3, 4, источник опорных напряжений 5, блок формирования управляющего сигнала 6 и источник постоянного напряжения

9потребляют мощность только в течение положительной полуволны при выключенном нагревателе и лищь в начале каждой положительной полуволны при включенном нагревателе.

Предлагаемое устройство позволяет: повысить коэффициент полезного действия устройства для регулирования температуры по сравнению с прототипом (мощность, потребляемая операционными усилителями, источником опорных напряжений, блоком формирования управляющего сигнала и источником постоянного напряжения снижается не менее чем в 25 раз в режиме форсированного нагрева до температуры отслеживания и не менее чем в 2 раза в режиме отслеживания температуры) за счет отключения питания операционных усилителей, источника опорных напряжений блока формирования управляющего сигнала и источника постоянного напряжения на часть полупериода после того, как нагреватель подключается к сети;

повысить надежность работы устройства за счет снижения не менее чем в 1,5 раза

коэффициента нагрузки элементов источника постоянного напряжения, источника опорных напряжений, операционных усилителей и блока формирования управляющего сигнала;

уменьшить габаритные размеры и вес устройства для регулирования темнературы приблизительно на 25% за счет средней мощности, рассеиваемой элементами источника постоянного нанрял ения, источника онорных напрял ений, операционных усилителей и блока формирования управляющего сигнала.

Проведенные лабораторные испытания

макета предложенного устройства для регулирования температуры (с операц юнны.мн усилителями на микросхемах 1УТ401Б, тиристорами 2У101Е и симметричным тиристором 2У208Б) показали, что предлагаемое устройство обеспечивает точность отслеживания темнературы +0,02°С и способно коммутировать мощность до 1,2 кВт.

Формула н 3 о б р е т е н и я

Устройство для регулирования температуры, содерл ащее операционные усилители, к первым входам которых подключен датчик температуры, а к вторым входам -

источник опорных напряжений, блок формирования управляющего сигнала с входным зарядным диодом, нагреватель, подключенный через тиристорный исполнительный элемент, управляющий электрод

которого соединен с выходом блока формирования управляющего сигнала, к источнику переменного напряжения, и источник ностоянного напряжения, отличающееся тем, что, с целью повыщения коэффициента нолезного действия, анод входного зарядного диода блока формирования управляющего сигнала соединен с анодом тирнсторного исполнительного элемента, подключенного к источнику постоянного

напрялсения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 358691, кл. G 05D 23/19, 1971.

2. Авторское свидетельство СССР № 525934, кл. G 05D 25/19, 1975.

. i jfi 3s i

гЪ-:-с: « 1 „и, J

. ,

..j-Pht-j-H

,V4i ,g.

MTlT-T---Tb::nl|fbf- -ii

i П1.ЙН Y V - Й Mi I

L ±r :±:S t5eAt b5::::

jf

1 A4-v7

FT

J ,.-.jff I

I.

I I -b