Устройство для регулирования температуры Советский патент 1979 года по МПК G05D23/19 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ :ТЕМПЕРАТУРЫ

I

Изобретение относится к технике регулирования темп атуры, а более конкретно - к устройствам для регулирования температуры с контактными датчиками температуры.

Изобретение может быть применено для регулирования или сигнализации за- данного температурного режима в сушш1ь ных шкафах, термокамерах, нагревательных Печах и т.п.

И жестны устройства для риупировенния температуры с ртутными контактным приборами, использующие в качестве силового коммутирующего элемента элёкт ромеханические реле .ij .

Подобные устройства имеют ограниченный срок службы иэ-за быстрого и&носа контактов реле и, кроме того, слу жат источниками помех для других потребителей, возбуждая переходные процессы в питающей сети.

Указанные недостатки устранены в устройствах регулирования температуры, испол1 аующих в качестве силового крммутирующего элемента тиристорный переключатель, с есиечивающий бесконтактную и бестоковую (включение и отключение нагрузки при нулевых значеки5гх сийусоидалыютч) напряженка) коммутацию.

Из и естных ус1ройстэ для регулирования температуры, нспсль ющнх в качестве СИЛОЕЮГО коммутщ ующего эле- мента тиристорный п еключатель, наиболее: близким по те |;нической сущности является устройство, содержащее контактный датчик температуры, релаксационНь генератор, выполненный на однопереходном транзисторе,к однс (первой) базе jcoTopcHTo подключен управл В01аеЙ вход Т1фисторного переключателя, соединенного через нагреватель с источником питания.

В схеме этоГо устройства контакты датчика включены невосредственно в эКлиттерную аепь одноиерехсдного транзистора (параллельно конденсатору времязадаюшей цепочки), что ведет к за&ь °шений мощносги, коммугируемой конгак.гным дагчиком. Так, аналвзкруя схему устройства и зная режимы работы однопфвходного гранзнстора, нетрудно рассчитать, что напряжение на разомкнутых контактах датчика должно быть равно примерно половине напряжения питания релаксационного генератора, т.е. около дёбяти вольт Если постоянная времени времяаадаю,щей цепочки соизмерима с полупериодом сетевого напряжения, ток через замкнуты контакты датчика невелик (десятые доли миллиметра). Но для увеличения быстродействия устройства требуется значитель но меньшая постоянная времени цепочки, обеспечивазощая более быстрый зЙряд ёмкости и включение нагрузки в момент первого после размыкания контакте пе р ехода сетевого напряжения через нуль. В этом случае ток через замкнутые контакты датчика составит несколько миллиампер. :- : .-. V . . Таким образом, контакты датчика коммутируют мощность величиной нескол ко десятков милливатт, что снижает его qjoK службы, а еледоватбльно, и надежность всего устройства. Например, срок ел ужбы термокон так тов по ГОСТ i 985 574 с нагрузкой O,pOOi5 Вт составляет iOOOOOO циклов, а с нагрузкой 1 Втв Десять раз меньше-/: Целью изобретения является повышение надежности устройства за рчег. умен шения величины мощности, коммутщэуемой контактным датчиком. Поставленная цель достигает тем, что устройство для регупиро1вания температуры содержит транзисторний ключ, к коллектору которого подключена другая (вторая) база однопереходного транзистора, а контактный датчик тем и атуры включен между эмиттером а базой транзистора ключа. При этом напряжение на разомкнутых контактах датчика не превысят величины падения напряжения между эмиттером и базой открытого транзистора (десятые до ли вольта), а ток через его разомкнутые контакты - нескольких десятых йолей миллиампера. На чертеже представлена электрическая принципиальная схема устройства tшя регулирования темпера туры. Силовая часть устройства (выделен-, на я на чертеже жирными линиями.) содержит тирнсторный йерёключатель, выполненный на четырех, диодах 1-4 и рдНОМ тиристоре 5. включенном в диагональ диодного моста, нагреватель б, подключенный последовательно с тиристорным переключателем к источнику питания 7. Резистор 8, диод 9 и ветвь из соединенных в параллель стабилитрона 10 и электрического конденсатора 11, подключенные последовательно между катодом тиристора 5 и общей точкой источника питашя и электронагревателя 6. образуют источник постоянного напряжения, снимаемого с катода (плюс) и анода (минус) стабилитрона 10. Релаксационный генератор выполнен на однрпереходном транзисторе 12, эмиттер которого соединен с общей точкой резистора 13 и конденсатора 14 времязадающей цепочки, первая база - с управляющим электродом тиристора 5, а вторая база через резистор 15 - с коллектором транзистора 16. Между управлякйцим электродом тиристора 5 и его катодом включен реетгстор. 17. К эмитТеру однопереходного транзистора 12 подключены также коллектор транзистора 18, эмиттер которого связан с катодом тиристора 5, и анод диода 19, катод которого соединен с анодом тиристора 5. База транзистора-18 подключена к общей точке делителя, составленного из резисторов 20, 21, включенных поопедовательно в диагональ диодного моста 1-4. Транзйсто рный ключ выполнен на транзисторе 16, эмиттер которого подключен к плюсу источника постоянного напряжения а база - через резистор 22 и его минусу. Между эмитт ом и базой транзистора 16 включена цепочка из соединенных последовательно контактов датчика температуры 23 и резистора 24. Устройство работает следующим образом. включении источника питания репь, включающая в себя ограничительный резистор 8, диод 9, стабилитрон Ю и диод 2, работает как однополупериодный, стабилизирующий выпрямитель, обеспечивая релаксационный генератор и транзиоторный ключ постоянным сглаженным (посредством емкости 11) напряжением, равньп напряжению стабилизации стабилитрона 1О. , В случае, если температура объекта Не превышает температуры конгактцрованйя контактного датчика 23 (его контак5вгы разомкнуты), открывается транзистор 16, и базовая цепь однопереходйого Транзистора 12 оказывается под напряжением Конденсвтор 14 заряжается через резистор 1-3, НПО достижении на эмиттере однопереходного транзистора 12 напряжения переключения г эойсходит резкий разряд конденсатора 14 через эмиттер, первую базу однопереходного транзистора 12 и управляющий переход тиристора 5, тиристор открывается. Для обеспечения максимального угла проводймосП тиристора величина резистора 13 должна быть минимальной, но не менее величины обеспечивающей автокол а тельный режим работы однопереходного транзистора. Поо де открытиа тиристора конденсатор 14 оказывается шунтированным через диод 19 и силсивую цепь тиристора, релак сационный генератор 1фекращает подачу импульсов в управляющую цепь тиристора на все оставшееся емя п пупериода. В конце попупервода, в момент снижения анодного нагфяжевяа на тириСторе до нуnsif последний закрывается, снимая шунтирующее действие с конденсатора 14, релаксационный генератор включается в работу в CBORa открывается тиристор.; Когда температура объекта достигает величины, соответсгвующей замыканию контактов 1(нтакгнсмго датчика 23, происходит зак|идтие транзистора 16, aaibряжение ва базе однопереходного гранзистора Становится равным нулю, и переход амитт)-первая база начинает работать, как смычный диод. Небольшой ток, щ отекающий через этот , замыкается в основном через резистор 17, поэтому поступление управляющих импуль сов на тиристор прекращается, и при первом переходе анодного напряжения через нуль тиристор закрывается. В этом состоянии тиристорного пфеключателя с анода закрытого тиристора 5 через делитель 2О-21 ва базу транзистора 18 подается пульсирующее напряжение положительной полярности, спадающее до нуля Ё кйжаьш момевт перехода сиаусовды сетевого ва фяжеявя через нуль. Благода ря Этому тра1гаистор 18 оказывается открытым в течение большей чав ти времени полупериода, шунтирзгя конденсатор 14, и закрывается только в узком интервале времени вблизи нуля, сиимая свое щунтируюшее действие с конденсатора 14. Поэтому после следующего замыкания контактов датчика включение релаксационного генератора, а следо2ватепьно, и тиристора произойдет не в момент размыкания контактов, а в момент первого после этого размыкания перехода сетевого напряжения через нуль. Таким образом, схема обеспечивает бесконтактную коммутацию сетевого напряжения вблизи его нулевого значения во всех режимах работы, при этом релаксационный генератор формирует только один импульс управления в течение полуволны питающего напряжения, что позволяет уменьшить мощнсзсть, рассеиваемую в цепи управления тиристсра. Управление включением и выключением релаксационного генератора с помощью транзисторного ключа,, включенного в базовую цепь однопереходного транзистора, позволяет сущее твекйо уменьши Tib мощность, коммутируемую коллекторной цепью транзистора, так как основную мощность (от 60 до 80%) релаксационный генератор, работающий с большей частотой следования импульсов, потребляет по цепи эмиттера. А это означает, что существенно будет снижена мощность, коммутируемая контактными датчиками температуры, осуществляющего управление транзисторным ключом. Ток, протекающий через замкнутые контакты датчика, можег быть записан в виде Vа г где Uj. - напряжение питания релаксационного, генератора; Ri rf межбафвое сопротивление однопер ходного транзистора; |i - коэффициент усиления транзистора по току. Так как в транзисторном ключе используется режим отсечки .g О, то напряжение на разомкнутых контактах датчика равно падению напряжения на переходе эмиттер-база открытого транзиотора. Око зависит от типа транзистора, но в любом случае не превЕлшает нескольких десятых долей вольта. Испытания группы устройств дпя 1зегулиров(эния темпера ту|эы показалЕ, что максимальная мощность, коммутируемаиц например, ртутными контактными прибо- рами, не превышает О,О36 мВт. Этот факт позволит гарантировать минимальное число замыканий и размыканий ртутного контактного прибора, равное 10ООООО с вероятностью безотказной работы не ниже 0,8 при доверительной вероятности 0,8.

Формула изобретения

Устройство для рёгупировайня температуры, содержащее кбнгактныЙ датчик температуры, релаксационный генератор, выполненный на однопереходном транзиоторе, к одной базе которого подключен у1 раы1Я1сший вход тиристорного переключатели, соединенного через нагреватель с источником, питания, отпичаюш е е с я тем, что, с целью повышения надежности устройства, оно содержит

транзисторный ключ, Q коллектору которого подключена другая базй однопереходного транзистора, а контактный датчик температуры включен между эмитт&ром и базой транзистбра ключа.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

№ 487381, Q 05 D 23/19, 1976.