Устройство для регулирования температуры Советский патент 1981 года по МПК G05D23/19 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ Изобретение относится к регули(рованию температуры и может быть использовано для поддержания заданного температурного режим а в термошкафах, нагревательных печах и тому подобных устройствах. Известно устройство, содержгицее термочувствительный делитель напряжения, параллельно терморезистору ко торого подключены конденсатор и тран зистор, а к общей точке термочувствительного делителя и конденсатора подключен вход порогового элемента, к выходу которого подсоединен управлякадий электрод тиристора выходного блока 1. Однако это устройство вызывае т по мехи и обладает пониженной точностью Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является уст ройство, в котором уровень помех, вызываемых периодическим коммутирова нием тиристора, значительно понижен. Устройство содержит контактный датчик температуры, RC-цепь, к средней точке которой подключены вход порогового элемента и диод блока бестоковой коммутации, тиристор и выходной блок 2. Однако, и в нем помехи достаточно велики, так как подключение нагревателя к сети происходит при значительной величине напряжения. Включение тиристора непосредственно вблизи момента перехода напряжения сети через нуль в указанном устройстве не представляется возможным, поскольку для заряда конденсатора RC-цепи, энергия которого здесь используется для создания тока управления тиристором, необходимо сравнительно большое вре мя. Это время заряда конденсатора можно было бы сократить, если уменьшить постоянную времени зарядной цепи. Однако емкость конденсатора не может быть выбрана меньше определенлоК величины, иначе ее энергии будет недостаточно для включения тиристора, а сопротивление резистора меньше величины, обеспечивающей возврат порогового элемента в исходное состояние после разряда конденсатора. Цель изобретения - повышение точности и надежности устройства. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для регулирования температуры, содержащее тёрмочувствительный делитель напряжения.

пороговый элемент на последовательно соединенных р-п-р- и п-р-п-транзисторах, первую интегрирующую RC цепь, параллельно конденсатору -которой подключен переход коллекторэ ттер управляющего транзистора, а .к точке соединения резистора и конденсатора - первый выход блока синхронизации и эмиттер р-п-р-транзистора порогового элемента, а также тиристорный переключатель, к выходу которого подключены входы блока синхронизации, и блок питания, введены вторая интегрирующая КС-цепь, развязы«вающий диод, ограничительный резистор и ключевой р-ц-р транзистор, коллектор которого соединен со входом тиристорного переключателя, .эмиттер с выходом второй интергирующей RC-цепи, вход которой соединен с первым выходом блока питания, второй выход которого связан с базой р-и-р транзистора порогового элемента, которая через развязывающий диод соединена с коллектором Ц-р-ц-транзистора порогового элемента, причем третий выход блока питания связан с эмиттером управляющего транзистора, база которого соединена с выходом термочувстви.тельного делителя напряжения и втог рым выходом блока синхронизации,

Для управления тиристорным переключателем в этом случае используется энергия конденсатора второй, достаточно мощной интегрирующей RC-цепи. Постоянная времени заряда первой RC-цепи при этом может быть выбрана достаточно малой, благодаря чему за тот короткий промежуток времени, предоставленный блоком синхронизации с сетью в начале полуволны напряжения сети для управления тиристорным переключателем, пороговой элемент успевает выработать несколько импульсов, обеспечивающих надежное включение тиристора. В то же время указанный пpoмeжyтo времени может быть выбран достаточно коротким/ обеспечивающим режим включения тиристора с минимальным уровнем вызываемых его коммутированием помех. Одновременно, за счет совместного использования термочувствительного делителя напряжения и управлянвдего транзистора повышается точность поддерживания температуры объекта.

На чертеже показана схема устройства.

Устройство содержит термочувствительный делитель 1 напряжения, выполненный на терморезисторе 2 и переменном резисторе 3, управляющий транзистор 4,первую интегрирующую RC цепь 5, к общей точке резистора б и конденсатора 7 которой подключен вход порогового элемента 8, состоящего из транзисторов 9 и 10 р-И-Р и и-р-И-типов соответственно и развязывающего диода 11, ограничительный резистор 12, подключенный к базе ключевого р-у1-р-транзистора 13, элшттер которого подключен к средней точке второй интегрирующей RC -цепи 14, состоящей из резистора 15 и конденсатора 16, а коллектор - к управляющему переходу тиристора 17 тиристорного переключателя 18, состоящего из выпрямительного моста 19, нагревателя 20 и диода 21, блок питания 22, состоящий из стабилитронов 23-25, конденсатора 26 и диода 27, блок синхронизации 28, выполненный на диодах 29 и 30 и резисторах 31 и 32, разрядный резистор 33, выполненный регулируемым и зашунтированный 5 диодом 34, и диоды 35 и 36.

Рассмотрим вначале работу устройства без учета блока синхронизации сетью 28. Предположим, что температура объекта ниже заданной величины. Тогда при подключении устройства к сети потенциал средней точки переменного резистора 3 ниже, чем потенциал катода стабилитрона 25, что приводит к запиранию управляющего транзистора 4 . То же. самое происходит и с транзисторами 9 и 10 ПОРОГОВОГО элемента 8; запирающее их напряжение создается за счет положительной разности потенциалов катода стабилитрона 24 и эмиттера транзистора 9. Происходит одновременный заряд обеих интегрирующих RC-цепей 5 и 14. При достижении напряжением на конденсаторе 7 величины, равной напряжению стабилизации стабилитрона 24, транзистор 9 отпирается, вызывая лавинообразный процесс открывания транзисторов 10 и 13 и разряд конденсаторов 7 и 16 RC-цепей 5 и 14 по двум независимьлм цепям. Конденсатор 7 в этом случае разряжается по цепи, включающей в себя транзисторы 9 и 10 порогового элемента 8, стабилитрон . 25 и разрядный резистор 33, а цепь разряда, конденсатора 16 состоит из транзистора 13 и управляющего перехода тиристора 17. Принцип работы устройства с учетом блока синхронизации 28 не меняется. Отличие состоит лишь в том, что управление тиристором 17 в этом случае ПРОИЗВОДИТСЯ только вблизи переходов напряжения сети через нуль. В большую часть полупериода сетевого напряжения состояние управляющего транзистора 4 полностью определяется блоком cинxpo низации 2В и лишь вблизи момента перехода напряжения через нуль управление транзистором 4 передается тер-нечувствительному делителю напряжения 1. Уровень мгновенного значения напряжения сети UQ г начиная с которого транзистор открыт, задается делителем напряжения, выполненным на резисторах 31 и 32. Диод 29 служит для разряда конденсатора 7 при включении тиристора 17, когда делитель напряжения, выполненный на резисторах 31 и 32, зашунтирован открытым тиристором 17. Причем, импульсы управления тиристором почти прямоугольные, что обеспечивается большой емкостью конденсатора 16. Кроме тоrOj величина напряжения на конденсаторе 7, при которой происходит включение порогового элемента 8/ равна напряжению стабилизации стабилитрона

24.Это достигнуто за счет взаимного вычитания падений напряжений напереходе эмиттер-база транзистора 9 и диоде 34. Очев.идно, что и температурная стабильность напряжения включения порогового элемента 8 в этом случае определяется только температурной стабильностью упомянутого стабилитрона 24., Диод 35 ограниивает обратное напряжение, прилагаемое к транзистору 4 при включенном тиристоре 17, диоды 30 и 36 исключают влияние друг на друга термочувствительного делителя 1 и делителя напряжения, выполненного на резисторах 31

/и 32.

Таким образом, усилие сигнала на выходе термочувствительного делителя напряжения с помощью транзистора позволяет повысить точность, тиристор, включаясь, подключает нагреватель 20 к сети. Длительностьимпульса На управляющем электроде тиристора 17 полностью определяется состоянием транзистора 10 порогового элемента 8 и может быть регулирована переменным резистором 33. Тиристор периодически получает мощные импульсы управления и периодически подключает нагреватель к сети. Так продолжается до, тех пор, пока температура объекта не достигает заданной величины. Тогда потенциал средней точки переменного резистора 3 превышает потенциал катода стабили оиа

25,и управляющий транзистор 4 отпирается, не позволяя напряжению на конденсаторе 7 повыситься до порога включения элемента 8. Сигнал на управляющем электроде тиристора, 17 исчезает, и нагреватель отключается

от сети. Пр1И некотором незначительном понижении температуры транзистор 4 снова запирается, и пороговый элемент 8 опять приходит в действие, включая тиристор 17. Указанная вели.чина отклонения температуры объекта определяется характеристикой терморезистора 2 и коэффициентом усиления транзистора 4 и составляет несколько десятых долей градуса. Последнее означает, что температура объекта поддерживается достаточно стабильно,т.е устройство обладает достаточно высокой точностью поддерживания заданной температуры.

Рассмотрим работу устройства с учетом действия блока синхронизации 28. Указанный блок синхронизирует импульсы управления тиристором 17с началом полупериода входного нае пряжения и обеспечивает тем самым включение тиристора 17 вблизи переходов напряжения сети через нулевые значения. Такое включение обеспечивает минимальный уровень вызываемых коммутацией тиристора 17 помех, а использование для управления тиристором более мощной интегрирующей КСЦепи позволяет повысить надежность устройства и понизить уровень . помех, наводимых в сети.

Формула изобретения

Устройство для регулирования тем0пературы, содержащее термочувствительный делитель напряжения, пороговый элемент на последовательно соединенных Р-И-Р- и И-р-И-транзисторах, первую интегрирующую RC -цепь, параллельно конденсатору которой

5 подключен переход коллектор-эмиттер управляющего транзистора, а к точке соединения резистора и конденсатора первый выход блока синхронизации и эмиттер р-и-рИ-транзистора порогово0го элемента, а также блок питания, тиристорный переключатель/ к выходу которого подключены входы блока синхронизации, отличающееся тем, что, с целью.повышения точности

5 |и нсшежности устройства, в него введена вторая интегрирующая RC-цепь, развязывающий диод, ограничительный резистор и ключевой р-и-р-транзистор, коллектор которого соединен со

0 входом тиристорного переключателя, эмиттер - с выходом второй интегрирукядей RC-цепи, вход которой соединен с первым выходом блока .питания, второй выход которого связан с базой р-И-р-транзистора порогового элемен5та, которая через развязывающий диод соединена с коллектором ц-р-И-транзистора порогового элемента, причем третий выход блока питания связан с Q эмиттером управляющего транзистора, база которого соединена с выходом термочувствительного делителя напряжения и BTopiiM выходом блока синхронизации.

55

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторско - свидетельство СССР 613303, кл. G 05 D 23/19, 1976.

2.Авторское св 1детельство СССР

643852, кл. е05 D 23/19,1976 (прототип) .