Устройство для регулирования температуры Советский патент 1981 года по МПК G05D23/24 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ

1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь зёвано для контроля и регулирования физических величин с помощью датчиков ,. выходным параметром которых является сопротивление, таких, например, кактерморезистор.

Известно устройство для контроля и регулирования температуры, содержащее мостовую схему из двух постоянных резисторов, переменного резистора и терморезистора, запитанную от источника напряжения, и регулирующего органа, включенного в измерительную диагональ мостовой схемы l

Однако известное устройство требует применения стабильного источника напряжения и чувствительного реагирующего органа, что ограничивает его применение при прецизионном контроле температуры.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для регулирования температуры, содержащее термочувствительный элемент, например, терморезистор, источник опорного напряжения, эада гчики температуры верхнего и нижнего пределов и исполнительный орган 2 .

Однако такое устройство обладает низкой точностью измерения и регулирования, так как на погрешность измерения оказывают влияние нестабильности элементов измерительной схемы и питающего ее источника напряжения. Повышение чувствительности в этом устройстве ограничено допустимой величиной протекакядего по термореэнс0тору измерительного тока. В противном случае нагрев термометра измерительным током оказывает воздействие на объект измерения за счет теплопроводности и излучения терморезис5тора, что приводит к искажению температурного поля объекта, а в конечном счете к дополнительной погрешности контроля температуры. Кроме того, при многоточечном контроле за0труднена обработка информации, так как устройство не согласуется с ЦВМ.

Цель изобретения - повыиение точности устройства.

Поставленная цель достигается тем,

5 что устройство содержит накопительный элемент, например конденсатор, подк.г1юченный параллельно терморезистору, электронные ключи, генератор импульсов, нуль-орган, триггеры и

0 элемент совпадения, а задатчики температуры верхнего и нижнего.пределов выполнены в виде формирователей импульсов, причем первый выход генератора импульсов соединен с управляющим входом первого ключа, через который коаденсатор подключен к источнику опорного напряжения, и с управляющим входом второго ключа, подключенного ко входу нуль-органа, а второй выход генератора импульсов связан с управляющим входом третьего ключа, через который конденсатор подключен ко входу нуль-органа, выход которого соединен со входами формирователей импульсов и информационными входами триггеров) тактовые входы которых соединены с выходами соответствующих формирователей импульсов, одни выходы триггеров соединены со входами исполнительного органа непосредственно, а -другие - через элемент совпадения.

На фиг, 1 представлена схема устройства для регулирования температуры; на фиг. 2 - опоры напряжений, поясняющие работу устройства.

Устройство содержит термочувствительнЕлй элемент, например терморезистор 1, накопительный элемент, например конденсатор 2, первый 3, второй 4 и третий 5 электронные ключи, выполненные соответственно, например, на полевых транзисторах, генератор импульсов б, источник 7 опорного напряжения, нуль-орган 8, триггеры 9 и 10, формирователи импульсов 11 и 12, элемент 13 совпадения, исполнительный орган 14. Формирователи 11 и 12 выполнены, например, на базе инверторов 15 и 16, элементов совпадения 17 и-18 и конденсаторов 19 и 20.

Конденсатор 2 .подключен параллельно терморезистору 1 и через электронный ключ 3 соединен с одной стороны с источником 7 напряжения, а с другой стороны через электронный ключ 5 соединен с потенциальным входом нульоргана. 8. Кроме того, потенциальный вход нуль-органа 8 соединен через электронный ключ 4 с точкой нулевого потенциала 21. С ней же соединены один из полюсов источника 7 опорного напряжения, непотенциальный вход нуль-органа 8 и один из выводов термореэистора 1. Работой ключей 3-5 управляет генератор 6 импульсов, выполненный, например, в виде генератора прямоугольных импульсов с прямым и инверсным выходами. В этом случае .прямой выход генератора 6 подключен к затворам ключей 3 и 5, а инверсный - к затвору ключа 4 или наоборот. Выход нуль-органа 8 соединен с информационными входами триггеров 9 и 10, выполненных, например, в виде триггеров, и с вkoдaми инверторов 15 и 16 формирователей 11 и 12.

Входы и выходы инверторов 15 и 16 соединены соответственно с входами

элементов совпадения 17 и 18 формирователей 11 и 12. Конденсаторы 19 и 2 формирователей 11 и 12 соединены одной обклсщкой с выходами инверторов 15 и 16, а другой обкладкой - с точкой нулевого потенциала 21.

Выходы элементов совпадения, являющиеся выходами формирователей 1 и 12 соединены с тактовыми входами триггеров 9 и .10 соответственно. Прямой выход триггера 9 и инверторный выход триггера 10 подключены к входу исполнительного, органа 14, а инверсный выход триггера 9 и прямой выход триггера 10 соединены со входами элемента 13 совпадения, выход которого подключен также ко входу исполнительного органа 14.

Работа устройства сводится к двум полуциклам: подготовительному и измерительному (см. фиг. 2 интервалы tg...t,f t...tg, соответственно).

В подготовительный полуцикл генератор 6 импульсов замыкает ключи 3 и 5 (см. фиг. 2 а интервала to-.-tj) и размыкает ключ 4 (см. фиг. 2 б интервала t . . . tj.)- На фиг. 2 а показывает напряжение прямого выхода генератора 6 импульсов а б - напряжени инверсного выхода. При рассмотрении работы устройства принято, что наличие положительного напряжения на затворе ключа устанавливает его в положение замкнуто, отсутствие напряжения - положение разомкнуто. В измерительный полуцикл генератор 6 импульсов размыкает ключи 3 и 5 (см. фиг. 2 а интервала 1....г):И заг икает ключ 4 (см. фиг. 2 б интервала tj...tj) т.е. логика работы генератора 6 импульсов сводится к следующему: когда замкнут ключ 4, ключи 3 и 5 разомкнуты, и наоборот.

В подготовительный полуцикл работ устройства конденсатор 2 через замкнутый ключ 3 заряжается до напряжения источника 7 (см. фиг. 2 в интервала tQ . , . t ) .

На выходе нуль-органа 8 устанавливается нулевой потенциал (см. фиг. 2 г интервала to...t2), так как ключ 4 замкнут, на выходе формирователей 11 и 12 импульсов устанавливается логическая единица (см. фиг.2 д и е интервала tg . . . t) на прямых выходах триггеров 9 и 10 устанавливается логический ноль (см. фиг. 2 и и ж, интервала t . . . tj соответственно), а на инверсных выходах триггеров 9 и 10 соответственно логическая единица (см. фиг. 2 к и з интервал времени tQ...t2.), на выходе элемента 13 совпадения устанавливается логический ноль (см. фиг. 2 л интервала to-..t).

В измерительный полуцикл работы устройства (см. фиг. 2 интервал t2....tj) конденсатор начинает разряжаться через терморезистор 1 и входное сопротивление нуль-органа 8. Еели входное сопротивление нуль-органа 8 на несколько порядков выше сопротивления терморезистора 1, то дли тельность разряда конденсатора 2 pjfip деляется постоянной времени цепи его разряда, равной произведению величин сопротивления терморезистора1 на se личину емкости конденсатора 2 (см. фиг. 2 в интервала .-t). В соответствии с длительностью разряда конденсатора 2 нуль-орган 8 формирует импульс длительностью t2...t (см. фиг. 2 г). Длительность полуциклов генератора импульсов 6 выбрана такой, чтобы конденсатор пол ностью .заряжался до величины напряже ния источника 7 и разряжался полностью при заданных вариацийх сопротивления терморезистора 1. В момент времени t нуль-орган 8 передним фронтом запускает формирователи 11 и 12 импульсов, которые формируют импульсы различной длитель ности (см. фиг. 2 е и д интервалов t соответственно). t,,...t4 и Формирователи 11 и 12 в данном случае являются задатчиком температу ры верхнего и нижнего пределов, причем длительность импульса t. . .t (см. фиг. 2 е) формирователя 11 опре деляет, например, верхний предел кон ролируемой температуры, а тогда длительность импульса t --t- (см. фиг. 2 д) - нижний предел контролируемой температуры. Кроме того, разность между длительностями этих инвертированных импульсов определяют необходимую зону нечувствительности устройства, которая позволяет повысить надежность его работы при нашичии дестабилизирующих факторов. Работа Д-триггера сводится к следующему. При наличии на его тактовом входе перепада единица-ноль прямой выход сохраняет предыдущее состояние, а при перепаде ноль-единица - принимает состояние информационного входа. Поэтому на прямом входе триггера 9 в момент вре мени t4 (см. фиг. 2 и) и на прямом выходе триггера 10 в момент времени t-j (см. фиг. 2 ж) появляются логическая единица. Напряжение инверсных выходов триг геров 9 и 10 показаны на фиг, 2 к и соответственно. Таким образом, при наличии логической единицы на неинвертирующем вы ходе триггера 9 свидетельствует о пе реходе температуры объекта верхнего предела задания (см. фиг, 2 и), а наличие логической единицы на инверс ном выходе триггера 10 - о переходе температуры объекта нижнего предела задания (см. фиг. 2 з). Наличие же логической единицы на выходе элемента 13 совпадения свидетельствует о том, что контролируемая температура в зоне задания температуры верхнего и нижнего пределов. В момент времени t-, цикл работы устройства повторяется. Если в качестве терморезистора 1 рассматривать терморезистор с положительным температурным коэффициентом сопротивления, то при увеличении температуры длительность импульса увеличивается и наоборот. В таком случае в интерваше бремени t...t9, t,j. . . t (см. фиг. 2 г) показано понижение температуры контролируемого объекта и соответствующие изменения в работе элементов устройства, причем в интервале t...t температура не выходит из зоны нечувствительности. В интервале времени t . . . 130 показано повышение температуры контролируемого объекта и изменение величины температуры верхнего и нижнего предела, которые осуществляются, например изменением номинальных величин емкостей 19 и 20 формирователей 11 и 12. Сигналы с прямого выхода триггера 9, инверсного выхода триггера 10 и выхода элемента 13 совпадения поступают на исполнительный орган 14, где производится необходимая обработка информации. Данное устройство может быть использовано как для контроля, так и для регулирования температуры. В последнем случае исполнительная часть по сигналам с выходов триггеров 9 и 10 воздействует на объект контроЛя, нагревая или охлаждая его. Введение в устройство конденсатора, соединенного с терморезистором, электронных ключей с генератором импульсов, нуль-органа, триггеров и элемента совпадения, а также выполнение задатчиков температуры верхнего и нижнего пределов в виде формирователей импульсов позволяет повысить точность контроля.температуры. Применение в устройстве высокочувствительного нуль-органа позволяет снизить погрешность за счет нагрева измерительным током терморезистора, так как в этом случае можно использовать источник низкого напряжения. Формула изобретения Устройство для регулирования температуры, содержащее термочувствительный элемент, например, терморезистор, источник опорного напряжения, задатчики температуры верхнего и нижнего пределов и исполнительный орган, отличающееся тем, что, с целью повышения точности устройства, оно содержит накопительный элемент, например конденсатор, подключенный параллельно терморезистору, электронные ключи, генератор импульC.OS. нуль-орган, триггеры и элемент