Трехпозиционный регулятор Советский патент 1980 года по МПК G05B11/16 

Изобретение относится к области автоматики и предназначено для позиционного контроля и регулирования температуры, давления, тока, напряжения и других неэлектрически.х и электрических величин. Известен трехпозиционный регулятор, например, температуры, содержащий датчик сопротивления, выполненный в виде терморезистора, включенный в одно из плеч неравновесного моста переменного тока, соединенного с входом фазочув- ствительного усилителя, на выходе которого расположены триггеры и исполнител ные реле |l|. Однако известный регулятор характеризуется низкой чувствительностью и невысокой надежностью в работе. Из известных трахпозиционных регуля торов наиболее близким по технической сушности к предложенному является регулятор, содержаний датчик сопротивления, разделительные диоды, резисторы, источник питания, подключенный через трансформатор к nepBoMj, второму и третьему источникам постоянного напряжения, причем первые выводы первого и второго источников постоянного напряжения соединены с парвьийи вьшодами соответственно первого и второго потенциометров, второй вывод первого источника постогн- ного напряжения подключен ко вторым вьшодам первого и второго потенциомет- ров и второго источника постоянного напряжения; двлитопь напряжения, пэрвый вьюод которого соединен с подвижным контактом третьего потенциометра, первый и второй выводы которого СООТ ветственно через первый и второй резисторы подключены к первому и второму вьшодам третьего источника постоянного напряжения; первый одной ереходный транзистор, эмиттер которого соотватствеино через резистор и конденсатор первой последовательной RC-цепп соединен со вторым вьшодом делителя напряжения и первым выводом третьего источника постоянного напряжения; второй однопереходкь1й транзистор эмиттер которого через параллельную Ti О-цепь подключён ко второму вьюоду третьего источника постоянного напряжения третий однопереходный транзистор, эмиттер которого соответственно через резистор и конденсатор второй последовательной RC-ueпй соединен с третьим вьюодом делителя напряжения и первым выводом третьего источника постоянного напряжения, Пер вые базы первого, второго и третьего однопераходйых транзисторов соединены соответственно с управляющими электродами первого, второго и третьего тиристоров и через третьи резисторы - с выходом генератора импугшсов, выполне аого на четвертом однопереходном тран знсторе. Вторые базы первого и третьег однопереходньас транзисторов соединены соответственно с подвижными контактами четвертого и пятого потендиометров и через первый и второй конденсаторы с эмиттерами первого н третьего однопереходных транзисторов. Первые и вторые выводы четвертого и пятого потендиометров и первые выводы четвертого, и пятого резисторов подключены соответственно к первому и второму вьюодам третьего источника постоянного напряжения. Вторая база второго однопереходного транзистора соединена со вторыми вьюодагли четвертого и пятого резисторо Катоды первого второго и третьего тиристоров подключены к первому выводу третьего источника постоянного напряж: ния, анод первого тиристора через шестой резистор и третий конденсатор соединен сооизетственно с управляющим электродом и катодом первого симистора, Авод второго тиристора через параллельно соединенные седьмой резистор и четвертый конденсатор подключен к катодам первохх и второго симисторов, первому выводу источника питания и к третьему вьгооду третьего источника постоянного напряжения. Анод третьего тиристора через восьмой резистор и пятый конденсатор соединен соответствав ,Ео с управляющим электродом и катодом второго симистора, аноды первого и второго симисторов соответственно через первый и второй исполнительные органы подключены ко второму выводу источника питания 2,

Описанный трехпозидионный регулятор имеет недостаточный диапазон регулирования, поэтому область его пряменеяия ограничена.

Цель изобретения - расширение области применения регулятора.

Эта цель достигается тем, что в предложенном трехпозиционном регуляторе

подвижный контакт первого потенциометра через девятый резистор подключен к первому выводу датчика сопротивления и второму выводу делителя напряжения, третий вывод которого и второй вывод

датчика сопротивления подключены соответственно к первому выводу первого источника постоянного напряжения и подвижному контакту второго потенциометра. Второй вывод третьего потенциометра

последовательно соединенные де- сятый резистор и первый разделктельньй диод соединен с анодом второго тиристора. Эмиттер второго однопереходного транзистора через второй и третий разделительные диоды подключен соответственно к эмиттерам первого и третьего однопереходных транзисторов,

На чертеже представлена принципиальная электрическая схема трехпозиционного регулятора, содержащего датчик сопротивления, например терморезистор If трансформатор 2,- источники 3,4 постоян ного напряжения (первый и второй), каждый из которых ссжтоит из вьшрямитеяь ного моста 5 (6) и конденсатора фильтра 7 (8); резисторы 9, 10 делителя напряжения 11, однопереходные транзистсн.ры 12-14 (первый, второй и третий), резистор 15 и конденсатор 16 первой ,

последовательной RC-цепи 17} резистор 18 и конденсатор 19 второй последовательной КС-цепи 2О; резистор 21 и конденсатор 22 параллельной С-цепи 23: первый и второй резисторы 24 и 25j

третьи резисторы 26-28j четвертый и пятый резисторы 29 и ЗО; первый тиристор 31j шестой седьмой и восьмой резисторы 32-34; первый, второй и третий конденсаторы 3S-37j общий резистор 38j первьЕй и второй симисторы 39 и 4Oj первый и второй исполнительные органы 41 и 42J третий источник 43 постоянного напряжения, состоящий из вьтрямительного моста 44 и конденсатора 45

° фильтра: стабилитрон 46; генератор 47 импульсов, включающий в себя конденсаттор 48, четвертый однопереходной транзистор 49 и резистор 5О; переменный резистор 51j первый, второй и третий

потенциометры первый второй н третий рааделитвльные диоды 5&-57: девятый резистор 58j переменный резистор 59j переменный резистор 6Oj десятый резистор 61; второй и третий тириторы 62 и 63; четвертый и пятый потенциометры 64 и 65 четвертый и пятый конденсаторы 66 и 67: источник питания 68.

Работает регулятор следующим образом. Падение напряжения на терморезисторе 1 сравнивается с постоянным напряжением, снимаемым с потенциометра 53, Алгебраическая сумма напряжений при помошй делителя напряжения 11, выполненного на резисторах 9 и 10, складывается с напряжением смещения, снимаемым с потенциометра 54 и резистора 24, Напряжение смещения устанавливается такой величины, чтобы порог срабатьшания однопереходньк транзисторов 12 и 14 был выше этого напряжения на зону нечувствительности регулятора, К потенциометру 54, резистору 24 и резистору 10 делителя напряжения 11 подключена последовательная RC-цепь 17, а к этому же потенциометру 54, резистору 24 и резистору 9 делителя напряжения 11 подключена последовательна К.С-цепь 20, Параллельная UC-цепь 23 непоредственно подключена к стабилизирован ному источнику 43 постоянного напряжения. Терморезистор 1 через резистор 58 и переменный резистор 59, образук щие с ним делитель напряжения, подключен к потенциометру 52,

При включении регулятора в сеть через конденсатор 22 параллельной Т1С-це- пи 23, эмиттер-базу однопереходного

транзистора 13 и один из резисторов 27 и резистор 5О генератора импульсов 47 проходит импульс тока, под действием которого отпирается тиристор 62, Тиристор 62 через первый разделительный диод 55 шунтирует перемекнык резистором 6О и резистором 61 потенциометр 54 и резистор 24, уменьшая на них напряжение за счет увеличения падения напряжения на резисторе 25,

Если стабилизируемая температура ниже заданной, сопротивление терморезистора 1 велико, и, следовательно, падение напряжения на нем выше сравниваемого напряжения, снимаемого с потенциометра 53, При этом суммарное напряжение на потенциометре 54, резисторе 24 и резисторе 1О превысит напряжение отпирания однопереходного транзистора 12, Под действием этого напряжения ч ерез резистор 15 последовательной С-ц&пи 17 заряжается ее конденсатор 16, и как только напряжение на нем превысит

порог срабатьшания однопереходного тразистора 12, конденсатор 16 разряжаетс через транзистор 12 на один из резисторов 26 и резистор 50, Отпирается тиристор 31, который через резистор 32 открьшает cи шcтop 39, включаюцщй первьй исполнительный орган 41, Изменяется подача тепла к объекту регулирования. Одновременно за счет общего резистора 38 и коммутирую11ш.х конденсаторов 37 и 66 закрьшается тиристор 62, При запирании тиристора 62 потенциометр 54 и резистор 24 расшунтируются и, следовательно, увеличивается напряжение, снимаемое с поте щиометра 54, За счет этого между включением и отключением исполнительного органа создается гистерезис. До тах пор пока падение напряжения на потенциометре 54, резисторе 24 и резисторе 10 будет пре вышать порог отпирания однопереходного транзистора 12, конденсатор 16 будет .периодически через резистор 15 заря жаться и разряжаться через открывающийся транзистор 12, вызьшая периодический подзаряд конденсатора 22 через разделительный диод 56 и открывающийся однопереходный транзистор 12, При таком подзаряде конденсатор 22 не успевает разрядиться.через резистор 21 параллельной RC-цепи 23 на величин , равную напряжению отпирания однопереходного транзистора 13, и последний не отпирается.

Для того чтобы ко{щеясаторы. 16 и 19 соответственно первой и второй прследоватольных цепей 17 и 20 :заряжались через резистор 21 и разделительные диоды 56 и 57 до напряжения отпирания одкопереходных транзисторов 12 и 14, при помощи резисторов 29 и ЗО порог срабатьтания транзистора 13 устанавливается заведомо меньше порога срабетывания транзисторов 12 и 14. Постоянная времени параллельной ЯС-цепи 23 выбирается не менее чем на порядок больше постоянных времени последовательных КС-цепей 17 и 2О.

Когда контролируемая температура в зоне терморезистора повысится и напря- же{ше на нем станет равным сравниваемому напря жеш1Ю на потенциометре 52, однопереходный транзистор 12 не отпн- раэтсяи Следовательно, конденсатор 22 не будет подзаряжатьс$5, а при его разряде отопрется второй однопереходный транзистор 13, Под действием тока заряда конденсатора 22 откроется второй тиристор 62. За счет общего резистора 38 и коммутирующих конденсаторов 37 и 66 тиристор 31 и симистор 39 закрываются, отключая первый исполнител. ный орган 41,

В случае если величина регулируемой температуры превысит заданную, суммарное напряжение на потенциометре 54, резисторе 24 и резисторе 9 превысит

порог срабатывания однопераходного транзистора 14 и вызовет отпирание тиристора 63 и симистора 40, Включается второй исполнительный орган 42; уменьшающий подачу тепла к объекту регулиро™ вания Как и при текшературе,, ме(:1ьшей заданной, через разделительный диод 57 осуществляется подзаряд конденсатора 22 до тех пор пока температура не снизится до номинального значения. В дальнейшем работа регулятора повторяетсяо

Лля повышения точности работы и чувствительности регулятор содержит релаксационный генератор импульсов 47, выполненный на четвертом однопереходном транзисторе 49. Импульсы, генерируемые последним с частотоЙ8 значител.ь но превышающей частоту переключений тиристоров, и вьщеляемьге на резисторе 50, подаются в цепи баз однопереходных транзисторов 12-3.4 через резисторы . Это позволяет резко уменьшить ток утечки однопереходных транзисторов .в зоне напряжения переключения и тем самым стабилизировать пороги их сраба тывания при увеличении входного сопротивления усилительной части регулятора, Значение температуры регулирования задается при помощи потенциометра 52, Переменный резистор 59 служит для ком пенсации разброса сопротивлений терморезистора 1, Дифференциал температуры, при которой регулятор включает тот или другой исполнительный орган 41 1ши 42j устанавливается при помоши третье- го потенциометра 54. Четвертый и пятый потенциометры 648 65 служат для корректировки порогов срабатывания однопереходных транзисторов 12 и 14, Конденсаторы 35 и 36 обеспечивают защиту ре гулятора от помех,

Поскольку однопереходные транзисторы, используемые в схеме perynsrropa в качестве пороговых элементов, характеризуются вйсокой стабильностью порога срабатывания при колебаниях в широком диапазоне напряжения питания и темпера туры окружающей среды, предпожен11Ый

регулятор обладает высокой точностью работы. Схема регулятора достаточно проста не содержит контактных элементов. Наличие подстроечных резисторов позБ.оляет без изменения шкалы регулятора использовать датчики температуры с отклонениями по номиналу в пределах ;f 20%, Регулятор характеризуется высокой чувствительностью, его ьходное сопротивление vюжeт достигать нескольKRX мегом. К вьосоду регулятора может быть под1слючена как активная, так и индуктивная нагрузка мощностью несколько киловопьтампер. В регуляторе, кроме датчика температуры, могут быть применены, датчики сопротивления, например гигристоры, датчики давления и T,n,s а также датчики тока и напряжения. В этом случае регулятор обеспечит позиционное регулирование влажности, давле нля, тока и других величин.

Формула изобретения

Трехпозиционный регулятор, содержащий датчик сопротивления, разделительные диодЫ| резисторы, источник .питания, подключенный через трансформатор к первому, второму и третьему источникам постоянного напряжения, первые выводы первого и второго источников постоянного напряжения соединены с первыми выводагуш соответственно первого и второго потешщометроБ, второй вьшод первого источника постоянного напряжения подключен ко вторым вьшодам первого потенциометра, второго потенциометра и второго источника постоянного напряжениял делитель напряжения, первый вывод .которого соединен с подвижным контактом третьего потенциометра; первый и второй выводы которого соответ ственгю через первый и второй резисторы подключены к первому и второму выводам третьего источника постоянного напряженияа первый однопереход ный транзистор, эмиттер которого соответственно через резистор и конденсатор первой последовательной RC-цепи соединен со вторым вьшодом делителя напряжения и первым выводом третьего источника постоянного напряжения, второй однопереходный транзистор, эмиттер которого через параллельную С-цепь подключен ко второму вьгооду третьего источника постоянного напряжения, третий одноп&реходный транзистор, эмиттер которого соответственно через резистор и конденсатор второй последовательной RC-цепи соединен с третьим выводом делителя напряжения и первым выводом третьего источника постоянного напряжения, первые базы первого, второго и третьего однопераходных транзисторов соединены соответственно с управляюилими электродами первого, второго и третьего тиристоров и через третьи резисторы - с выходом генератора импульсов, выполнен ного на четвертом однопереходном тран зисторе, вторые безы первого и третьег однопереходных транзисторов соединены соответственно с подвижными контактам четвертого и пятого потенциометров и через первый и второй конденсаторы с эмиттерами первого и третьего однопереходных транзисторов, первые и вторые выводы четвертого к пятого потенциометров и первые выводы четвертого и пятого резисторов подключены соответственно к первому и второму выводам третьего источника постоянного напряжения, вторая база второго однопереходного транзистора соединена со вторыми вывода ми четвертого пятого резисторов, катоды первого, второго и третьего тиристоров подключены к первому выводу третьего источника постоянного напряжения, анод первого .тиристора через шестой резистор и третий конденсатор соединен соответственно с управляющим электродом и катодом первого симистора, анод второго тиристора через параллельно соединенные седьмой резистор и четвертый конденгсатор подключен к катодам первого и второго симисторов, первому выводу источника питания и к треть eNiy вьшоду третьего источника постоянного напряжения, анод третьего тиристора через восьмой резистор и пятый ко1зденсатор соединен соответственно с управляющим электродом и катодом второго симистора, аноды первого и второго симисторов соответственно через первый и второй испол1жтельные органы подключены ко второму выводу источника питания, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения регулятора, в нем подвижный контакт первого потенциометра через девятьй резистор подключен к первому выводу датчика сопротивления и второму вьшоду делителя напряжения, третий вывод которого и второй вывод датчика сопротивления подключены соответственно к первому вьшоду первого источника постоянного напряжения и подвижному контакту второго потенциометра, второй вывод третьего потенциометра через последовательно соединенные десятый резистор и первый разделительный диод сое.динен с анодом второго тиристора, а эмиттер второго однопереходного транзистора через второй и третий разделительные диоды подключен соответственно к эмиттерам первого и третьего однопереходных транзисторов. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Бодин А. П, и др. Новее электрооборудование для сельского хозяйства, М,, Россельхозиздат, 1975 г., с. 75, 79, 8О. 2,Ольсевич А, Е к др. Двртбазовые диоды в автоматике, М., Энергия, 1972, с. 57-58 (прототип).