Устройство для регулирования температуры Советский патент 1982 года по МПК G05D23/19 

(5) Устройетро ДЛЯ РЕ ГУЛИРОВАНИЯ

..;. . i

Изобретение относится к автоматическому регулированию температуры, в частности к регуляторам температуры термостатов для элементов РЭА, и может быть использовано в радиотехнике, технике связи, медицине, микробиологии и приборах для научных исследований.

Известны регуляторы температуры, содержащие чувствительный элемент, задания, усилительно-преобразующее устройство, регулирующий и исполнительный элементы О.

Однако такие регуляторы обеспечивают изменение величины тока через i исполнительный элемент в зависимости от величины разности между напряжением, вырабатываемым чувствительным элементом, и напряжением, снимаемым с элемента задания. При этом максимальное значение тока через исполнительный элемент может значительно превышать номинальное значение. ,

ТЕМПЕРАТУРЫ

Известно устройство с выключателем для защиты от перегрузки транзисторного коммутирующего усилителя с двумя коммутационными состояниями. Устройство содержит схему сравнения, на которую подают соответствующий величине тока коммутации потенциал и потенциал, получаемый на отдельном делителе напряжения, спусковую схему, схему И и звено задержки Z. Выключатель устройства работает дискретно - в нормальном режиме закрыт, а при максимальном значении тока коммутации запирается f2.

Недостатком этого устройства является то, что оно полностью запирает коммутирующий элемент, т.е. не обладает свойством ограничения тока через него на определенном, заранее заданном уровне.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является терморегулятор, содержащий усилитель мощности и подключенный к его выходу исполнительный элемент - нагреватель 3. Недостатком известного регулято$ а является то, мто он не обеспечивает защиту исполнительного элемента от перегрузки. Например, при применении источников, напряжение которых превы шает напряжение исполнительного элемента, в момент включения устройства и при отработке переходных процессов при больших возмущениях ток через Исполнительный элемент может значительно превышать номинальное значейие. При этом уменьшается надежность исполнительного элемента, а при применении в качестве исполнительного элемента термоэлектрических батарей увеличивается время переходного процесса по причине выхода режима работы термобатареи из области оптимальных значений. Цель изобретения - повышение его надежности и быстродействия. Поставленная цель достигается тем, что устройство для регулирования температуры, содержащее включенные последовательно термочувствитель ный мост, основной операционный усилитель, усилитель мощности и исполнительный элемент, например термоэлектрическую батарею, а также первый источник питания, подключенный к входной диагонали термочувствитель ного моста, и второй источник питания , соединенный с цепями питания основного операционного усилителя, усилителя мощности и исполнительного элемента, содержит включенные после довательно дополнительный операционный усилитель, один из входов которо го подключен к задающему делителю, и усилитель дока, выходом связанный с вторым входом усилителя мощности, второй вход дополнительного операционного усилителя подключен к выходу усилителя мощности, а цепи питания его и усилителя тока подключены к второму источнику питания. На чертеже изображена структурная . схема устройства. Устройство содержит термочувствительный мост 1, датчик 2 температуры первый источник 3 питания, основной операционный усилитель k, усилитель 5 мощности, исполнительный элемент 6 например термоэлектрическую батарею, ёторой источник 7 питания, дополнительный операционный усилитель 8, ре гулируемый делитель 9 напряжения, усилитель 10 тока и суммирующий резистор 11, Входная диагональ термочувствительного моста 1, в одно из плеч которой включен датчик 2 температуры, подключена к первому источнику 3 питания, а выходная диагональ - к входам основного операционного усилителя , К выходу основного операционного усилителя 4 подключен вход усилителя 5 мощности, выход которого через исполнительный элемент 6 подключен к второму источнику 7 питания. К точке соединения усилителя 5 мощности и исполнительного элемента 6 подключен первый вход дополнительного операционного усилителя В, второй вход которого подключен к отводу регулируемого делителя 9 напряжения. Выход дополнительного операционного усилителя 8 через усилитель 10 тока подключен к суммирующему резистору 11, включенному последовательно с и сточни ком сигнала (выходом операционного усилителя if) в входной цепи усилителя 5 мощности на общую шину устройства. Устройство для регулирования температуры работает следующим образом. При включении начальный разбаланс термочувствительного моста 1 очень велик, операционный усилитель k и усилитель 5 мощности находятся в н сыщении и ток через исполнительный . .UuCTn. элемент 6 равен Зн-э . При этом величина тока через исполнительный элемент 6 может в несколько раз превышать его оптимальное значение. Однако, ток через исполнительный элемент 6 не достигает своего максимального значения, так как сигнал, пропорциональный напряжению на исполнительном элементе 6, сравнивается с заранее заданным напряжением на регулируемом делителе 9 напряжения при помощи дополнительного операционного усилителя 8 и, в случае положительной разности напряжений, операционный усилитель 8 открывается. Токовый выходной сигнал операционного усилителя 8, усиленный усилителем 10 тока, подается на суммирующий резистор 11. При этом падение напряжения на резисторе 11 увеличивается и входной ток усилителя 5 мощности уменьшается. Соответственно уменьшается и выходной ток усилителя 5 мощности до величины, заранее заданной регулируемым делителем 9 напряжения.

Таким образом, ток через испалнительный элемент 6 не может превысить установленного при регулировке устройства значения.

Устройство для регулирования температуры аналогично работает и в ди намических режимах, т,е, при отработке резких возмущений., При этом переходные процессы отрабатываются устройством за более короткое время,

& установившемся режиме работы устройства разность напряжений на . входе операционного усилителя 8 отрицательна, операционный усилитель В закрыт и токовый выходной сигнал операционного усилителя 8 равен нулю, При этом устройство pa6otaeT в режим пропорционального регулирования,.

Применение изобретения позволяет защитить исполнительный элемент от перегрузки, повысить надежность его работы, сократить время переходного процесса при применении в качестве исполнительного элемента термоэлек .трических батарей без существенного усложнения устройства, создает возможность питания низковольтного исполнительного элемента от источника, напряжение которого можетв несколько

раз превышать напряжение исполнительного элемента без применений дополнительных гасящих резисторов.

Формула изобретения Устройство для регулирования температуры, содержащее включенные последовательно термочувствительный мбст основной операционный усилител усилитель мощности и исполнительный элемент, например термоэлектрическая батарея, а также первый источник питания, подключенный к входной диагонали термочувствительного моста, и второй источник питания, соединенный с цепями пиtaния основного операционного усилителя, усилителя мощности и исполнительного элемента, от л и ч а ю щ е.е с я тем, что, с целью повышения надежности и быстродействия устройства, оно содержит включенные последовательно дополнительный операционный усилитель, один из входов которого подключен к задающему делителю, и усилитель тока, выходом связанный с вторым входом усилителя мощности, второй вход дополнительного операционн9гс усилителя подключен к выходу усилителя мощности, а цепи ритания его и усилителя тока подключены к второму ИСТОЧНИКУ питаний,

Источники информацииj принятые во внимание при экспертизе

1.Венгеровский Л.В, и др. Системы термостатирования в радиоэлектронике, Л., Знергия, 1969, с.7.

2.Латент ФРГ № 2 41316, кл. G 05 F t/58 опублик. 1576.

3.Авторское свидетельство СССР № , кл. G 05 D 23/19, 1975 (прототип).