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

Изобретение относится к регулирова нию неэлектрическцх величин и может быть использовано для Чавтоматического регулирования температуры в электрорадиоаппаратуре. Известно терморегулирующее устройство, обеспечивающее автоматическое двухпозиционное регулирование температуры, содержащее термочувствительные элементы, задатчики режима работы, усилитель сигналов, релейный коммутатор и синхронно связанный с ним посредством кулачкового механизма релейный распределитель, выходные реле, осуществляющие управление исполнительными механизмами. Коммутация каналов осуществляется путем подключения соответствующих пар. контактов релейногб коммутатора и релейного распределителя при помощи кулачкоНИИ синхронным электродвигателем Это устройство, решая задачу термо регулирования, не позволяет производить непрерывный и оперативный анализ температуры на контролируемых каналах, так как каждый канал поочередно подключается к релейному коммутатору в циклической последовательности один вслед за другим и, лишь спустя время, равное времени цикла, будет вновь подключен, что при быстро меняющихся процессах уменьшает точность регулирования и может привести к вбзникноеению автоколебаний в системе регулирования, приводящих к снижению надежности устройства. Наличие трущихся частей, контактных пар в конечном счете также снижает надежность. Кроме того, данное устройство потребляет значительную мощность, так как приводной синхронный двигатель и реле находятся постоянно под напряжением. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство для регулирования температуры, содержащее последова- . 392 тельно соединенные температурные датчики, усилители постоянного тока, блоки сравнения с подключенными к ним задатчиками температуры, пороговый элемент, логический элемент ИЛИ, усилитель мощности, исполнительный элемент, регулирующий (рабочий) орган и цепи обратной связи, состоящие из последовательно соединенных стабилитронов и ключей 21 , Устройство обеспечивает регулирова ние температуры, позволяя производить настройку на заданные температурные уров ни.- Однако устройство не обладает возможностью производить автоматическое регулирсе ание температурных ypoBHetA в зависимости от температу-ры охлаждающего воздушного потока. Не позволяя тем самым более полно ис пользовать тепловой режим элементов схемы контролируемой аппаратуры, тем самым приводя к нерациональному использованию электроэнергии. Кроме того, отсутствие автоматичёского регулирования снижает надежность, терморегулирующего устройства за счет большого числа коммутации. .. Цель изобретения - снижение энергопотребления и повышение надежности устройства.. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для регулирования температуры тепловыделяющей аппаратуры, содержащее датчики и задатчики минимальной и максимальной температуры, связанные с одними входами соответственно первого и второго элементов сравнения, выходами подключенных к входам порогового элемента, к выходу которого подключены последовательно соединенные элемент ИЛИ,, усилитель мощности и исполнительный элемент, а/также блоки обратной связи через которые соответствующие выхсды порогового элемента соединены с другими входами соответствующих элементов сравнения, введены последовательно соединенные датчик темпечэатуры охлаждающего воздушного потока и третии элемент сравнения, входом соединенный с выходом задатчика минимальной i температуры, причем выход датйика минимальной температуры связан с входом первого элемента сравнения че- рез третий элемент сравнения.,

На чертеже представлена структурная схема устройства.

ка, охлаждающего электрорадиоаппаратуру.

Выходные электрические сигналы температурных датчиков будут пропорционально изменяться вслед за изменяющейся температурой внутри контролируемого объема и температурой охлаждающего воздушного потока. Устройство для регулирования температуры содержит датчики 1 и 2, соответственно максимальной и минимальной температуры, последовательно-соединенные с усилителями 3 и i постоянного тока, второй и первый элементы 5 и 6 сравнения, вход первого из которых соединен с выходом усилителя 3 постоянного тока, к другим входам которых подключены выходы задатчиков 7 и 8 соответственно максимальной и минимальной температуры и блоков 9 и 10 обратной связи так, что выход первого блока 9 обратной связи подключен к третьему входу второго элемента 6 сравнения, а выход второго блока 10 обратной связи подключен к третьему входу первого элемента 5 сравнения,а их выходы подсоединены к соответствующим входам порогового элемента 11, выходы которого соединены с элементом ИЛИ,12, последовательно соединенного с усилителем 13 мощности, исполнительным элементом 14 и рабочим органом 15, последовательно соединенные датчик 16 температуры охлаждающего воздушного потока, третий усилитель 17 постоянного тока и третий элемент 18 сравнения, другой вход которого соединен с выходом второго усилителя Ц постоянного тока, а выход третьего элемента 18 сравнения подключен к первому входу второго элемента 6 сравнения, причем выход третьего усилителя 17 постоянного тока одновременно соединен с выходом второго задатчика 8 температуры и вторым входом второго элемента 6 сравнения. Устройство работает следующим образом. Термррегулирующее устройство включается одновременно с той электрорадиоаппаратурой, во внутреннем объе g которой оно должно поддерживать заданные уровни температуры. Причем датчик 1 настраивается на контроль верхнего значения температуры, датчик 2 - на контроль нижнего значения температуры, а датчик 16 - на контроль температуры воздушного потоС помощью задатчика 7 можно регулировать верхний предельный уровень температурного диапазона, а задатчиком 8 - его нижний предельный уровень. В первоначальный момент включения аппаратура находится в холодном состоянии, а потому температура внутри контролируемого объема ниже верхнего предельного уровня, на пороговый элемент 11 поступает сигнал только от элемента 6 сравнения. По этому сигналу пороговый э 1емент И устанавливается в положение, при котором на его втором выходе появляется сигнал, подающий команду через элемент ИЛИ 12-, усилитель 13 мощности и исполнительный элемент I на отключение рабочего органа 15. Одновременно с этим через блок 10 обратной связи на третий вход элемента 5 с|эавнения подается команда о снятии запрета, подготавливая его к работе, а через блок 9 обратной свйзи на третий вход элемента 6 сравнения подается команда, запрещаю щая его закрытие после того, как тем пература в контролируемом объеме поднимается выше нижнего автоматичес ки регулирующего уровня, а также выше нижнего предельного уровня, т.е. обеспечивает прохождение сигнала на второй вход порогового элемента 11 до того момента, пока на первый вход не поступит сигнал от элемента 5 сравнения. В процессе работы электрорадиоаппаратуры температура внутри контролируемого объема начнет увеличиваться, а вслед за ней - изменяться электрический сигнал на выходах датчиков 1 и 2 и незначительно на датчике 16, так как он установлен на выходе воздуховодного канала. Изменение сигнала на выходе датчиков 2 и 16 не отразится на работе устройства в целом, так как элемент 6 срав нения стоит на блокировке по сигналу, поступающему на его третий вход. Это состояние будет поддерживаться вплоть до достижения верхнего предельного температурного уровня, заранее настроенного с помощью задат чика 7. Как только температура внутри контролируемого объема и пропорциональный ей электрический сигнал на выходе датчика 1, усиленный усилителем 3 постоянного тока, достигнет верхнего предельного значения, элемент 5 сравнения открывается. а на его выходе появляется сигнал, который поступаетна первый вход порогового элемента 11. Вслед за этим на первом выходе порогового элемента 11 появляется сигнал, который поступает на вход блойа 9 обратной связи и первый вход элемента ИЛИ 12, По этому сигналу через блок 9 обратной связи на третий вход элемента 6 сравнения подается команда о снятии запрета и элемент 6 сравнения закрывается (тем самым он будет вновь подготовлен к последующему открытию), сигнал на его выходе пропадает, и в соответствии с этим пропадает сигнал на втором выходе порогового элемента 11. Одновременно с этим через блок 10 обратной связи на третий вход элемента 5 сравнения подается ° команда, запрещающая его закрытие после того, как температура опустится ниже верхнего предельного уровня, т.е. обеспечивая прохождение сигнала на первый вход порогового элемента 11 до того момента, пока на второй его вход вновь не поступит сигнал от элемента 6 сравнения. После того как только на первом выходе порогового элемента 11 появляется сигнал, а на втором его выходе сигнал пропадает, в соответствии с этим появляется сигнал на первом входе элемента ИЛИ 12, а на втором его входе сигнал пропадает, то на выходе элемента ИЛИ 12 появляется команда, по которой через усилитель 13 мощности исполнительный элемент It произойдет введение рабочего органа 15 в действие. Рабочий орган 15, начав функционировать, будет понижать температуры внутри контролируемого объёма электрорадиоаппаратуры, что вызовет одновременно с этим изменение выходных сигналов на датчиках 1,2 и 16, причем скорость изменения выходных сигналов датчиков 1 и 2 значительно ниже, чем датчика 16, так как датчики 1 и 2 с одной стороны подвержены тепловому воздействию греющейся электрорадиоаппаратуры, с другой охлаждающему воздушному потоку, а датчик 16 испытывает в основном воздействие только со стороны воздушного потока. , Таким образом, электрический сигнал от датчика 16, усиленный усилител ем 17 постоянного тока, будет зада вать нижнюю температурную границу. пропорциональную температуре охлаждающего воздушного потока, этот сиг нал поступает на первый вход бло- , ха 18 сравнения и второй вход элемента 6 сравнения, соединенного с выходом задатЦика 8, Причем блок 18 сравнения настраивается так, что он срабатывает тогда, когда разность сигналов, поступающих на его входь), достигнет наперед заданной величины обусловленной тем необходимым перепадом температуры между температурой охлаждающего потока и температурой, охлаждаемой электрорадиоаппаратуры. Этот перепад температур, а следовательно и разность сигналов, выби: раётся из расчета наиболее оптималь- ного теплообмена между охлаждающим потоком и охлаждаемой алектрорадиоаппаратурой. Одновременно с этим сигнал поступает на второй вход блока 6 сравнения и может изменяться по величине во времени в зависимости от температуры охлаждающего воздушного потока, складывается с сигналом поступающимот задатчика 8. Этот сум марный сигнал задает нижний предельный температурный уровень, который настраивается, исходя из допустимых температурных условий эксплуатации электрорадиоаппаратуры. В процессе охлаждения под действием функционирующего рабочего оргага 15 изменение сигнала на выходе ; датчика 1 не отразится на работе устройства в целом, так как элемент сравнения стоит на блокировке по сиг налу, поступившему на его третий вход. Этот состояние будет поддерживаться вплоть до достижения нижнего температурного уровня, обусловленного температурой охлаждающего вЬздушного потока и пропорционального ей электрического сигнала на входе.датчика 16, усиленного усилителем 17 постоянного тока, либо нижнего предельного температурного уровня, заранее настроенного с помощью задатчика 8 до необходимой величины, чтобы обеспечить суммарный сигнал, задающий нижний предельный уровень. И как только температура внутри конт ролируемого обгема и пропорциональный ей электрический сигнал на выходе датчика 2, усиленный усилителем k постоянного тока, достигнут заданного перепада нижнего температурного уровня, блок 18 сравнения сработает и на его выходе появится сигнал, который поступает на первый вход элемента 6 сравнения, который уже подготовлен к работе сигналом, присутствующим на его третьем входе и по поступившему сигналу ;элемент 6 сравнения открывается я на его выходе появляется сигнал, который поступает на второй вход порогового элемента 11. Вслед за этим на втором выходе порогового элемента 11 появ- ляется сигнал, который постуЬает на вход блока 10 обратной связи и на второй вход элемента ИЛИ 12. По этому сигналу через блок 10 обратной связи на третий вход элемента 5 сравнения подается команда о снятии запрета и элемент 5 сравнения закрывается, сигнал на его выходе пропадает, а в соответствии с этим пропадает сигнал на первом выходе порогового элемента 11. Одновременно с этим через блок 9 обратной связи на третий вход элемента 6 сравнения подается команда, запрещающая его закрытие, т.е. обеспечивая прохождение сигнала на второй вход порогового элемента 11 до того момента, пока на его первый вход вновь не поступит сигнал от элемента 5 сравнения. После того, как на втором выходе порогового элемента 11 появляется сигнал, а на первом его выходе си1- нал пропадает, в соответствии с этим появляется сигнал на втором выходе элемента ИШ 12, а на первом его входе сигнал пропадает. При этом на выходе элемента ИЛИ 12 появляется команда, по которой через усилитель 13 мощности и исполнительный элемент 1Л произойдет отключение рабочего органа 15. В- процессе эксплуатации температура воздушного потока может опускаться ниже предельного температурного уровня,в соответствии с этим опускается и нижняя температурная граница по сигналу, поступающему на первый вход элемента 6 сравнения, однако, достигнув нижнего предельного температурного уровня и пропор- . ционального ему суммарного сигнала, поступающего на второй вход элемента 6 сравнения, по этому сигналу элемент 6 сравнения открывается и на его выходе появится сигнал, по которому происходит отключение рабочего органа 15. в описанной последовательности. Описанные процессы переключения будут периодически повторяться вслед за периодическими изменениями температуры в заданных.пределах в контролируемом объеме. Предлагаемое устройство позволяет повысить надежность и снизить потребляемую мощность за счет того, что обеспечивается возможность автоматического регулирования величины нижнего температурного уровня в зависимости от температуры охлаждающего воздушного потока, а также уменьшает количество коммутаций всех элементов терморегулирующего устройства включая и рабочий орган, что ведет к увеличению срока службы этой аппаратуры и в конечном результате также повышает надежность устройства в целом. При сравнении надежности потребля емой мощности предполагаемого терморегулятора с известным, обнаружено увеличение надежности и снижение пот ребляемой мощности у предлагаемого устройства в среднем примерно на 30 при автоматическом регулировании величины нижнего температурного уров ня .. Автоматическое регулирование вели чины нижнего температурного уровня позволяет более полно использовать тепловой режим элементов схемы кюнтролируемого устройства. Формула изобретения Устройство для регулирования температуры тепловыделяющей аппаратуры. Ч 310 содержащее датчики и задатчики минимальной и максимальной температуры, связанные с одними входами соответственно первого и второго элементов сравнения, выходами подключенных к входам порогового элемента, к выходу которого подключены последовательно соединенные элемент ИШ, усилитель мощности и исполнительный элемент, а также блоки обратной связи , через которые соответствующие выходы порогового элемента соединены с другими входами соответствующих элементов сравнения, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности и снижения энергопотребления устройства, оно содержит последовательно соединенные датчик температуры охлаждающего воздушного потока и третий элемент сравнения, входом соединенный с выходом задатчика минимальной температуры, причем выход датчика минимальной температуры связан с входом первого элемента сравнения через третий элемент сравнения. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1, Халамейзер М.Б. Автоматические установки искусственного климата, М,, Машиностроение, 19б9, c,2k-2B. 2, Авторское свидетельство СССР по заявке Г.27528 3, кл, G 05 D 29/19, 1979 (прототип).