Устройство для регулирования температуры Советский патент 1982 года по МПК G05D23/30 

1

Изобретение относится к автоматическому регулированию и может быть испольэовано для автоматического поддержания температуры различ-ных of KTf.,B, содержащих электронагревательные элементы.

По основному авт.св. №486306 известно устройство для регулирования температуры, содержащее задатчик и датчик температуры, усилитель постоянного тока, первый вход которого соединен с задатчиком, а вто-/ рой - с датчиком температуры, исполнительный элемент, в качестве которого може:т, в Частности, использоваться симистор, включенный последовательно с нагревательным элементом в цепь источника переменного тока tl} .

Данное устройство имеет пониженную надежность в связи с возникновением постоянной составляющей тока через источник переменного тока при температурах, близких к заданной

когда симистор переходит в режим импульсного включения. Это обусловлено различной чувствительностью симистора к току управления при положительной и отрицательной полуволнах напряжения источника питания, приводящей к неодинаковым углам включения симистора в разные полупериоды при одном и том же токе управления. Появление постоянной

10 составляющей тока через источник переменного тока приводит к перегрузке последнего и, следовательно, снижает надежность устройств.

Цель изобретения - повышение наtsдежности устройства за счет уменьшения постоянной составляющей тока через источник переменного тока при температурах, близких к заданной.

Указанная цель достигается тем,

что устройство регулирования температуры при-использовании в качестве исполнительного элемента симистора додержит включенные последовательно

RS-триггер и первый формирователь импульсов управления, а также включенные последовательно между выходом первого формирователя -импульсов управления и первым входом RS-триггера триггер со сметным входом и второй формирователь импульсов управления, причем второй вход RS-триггера соединен с выходом усилителя постоянного тока, выход первого формирователя импульсов управления связан с управляющим электродом симистора, а второй вход - с одним из выводов нагревателя.

На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - пример блок-схемы первого формирователя импульсов; на фиг. 3 эпюры, поясняющие работу устройства

Устройство (фиг.1) содержит задатчик 1 и датчик 2 температуры, усилитель 3 постоянного тока, первый вход которого соединен с задатчиком 1 температуры, а второй - с датчиком 2 температуры, усилитель k мощности, симистор 5) включенный последовательно с нагревательным элементом 6, подключенным к зажиму 7 источника переменного тока, управляющий вход симистора 5 соединен с выходом усилителя 4, RS-триггер 8, первый формирователь 9 импульсов, триггер 10 со счетным входом и второй формирователь 11 импульсов. S-вход RS-триггера 8 соединен с выходом усилителя 3 постоянного тока, а прямой выход с первым входом первого формирователя 9 импульсрё, второй вход которого соединен с шиной 7 источника переменного тока, выход первого формирователя 9 импульсов подключен ко входу усилителя и входу триггера 10 со счетным входом, прямой выход триггера соединен со входом второго формирователя 11 импульсов, выход которого подключен к R-входу RSтриггера 8.

Задатчик 1 температуры может быт. выполнен на базе потенциометра, заптанного от источника постоянного тока, В качестве датчика 2 температуры может использоваться термопара Усилитель 3 постоянного тока может быть выполнен на базе стандартного операционного усилителя. Усилитель 4 мощности может быть построен на согласующем транзисторном каскаде, КЯ-т|уиггер 8 и триггер 10 - стандартные элементы., например, серийные интегральные микросхемы типа К155ТМ2 бКО..006 ТУ и К155ТМ2 бКО..006 ТУ соответственно. Второй формирователь 11 импульсов может быть реализован на основе ждущего мультивибратора.

Первый формирователь.9 импульсов (фиг.2) содержит формирователь 12

прямоугольных сигналов. Формирователь 13 импульсов от переднего и заднего фронтов сигнала, элемент 2И 1 и ждущий мультивибратор 15. Вход формирователя 12 прямоугольных сигналов соединен с шиной 7 источника переменного тока, а выход - со входом формирователя импульсов 13. Выход формирователя 13 импульсов соединен с первым входом элемента 2И k, второй вход которого соединен с прямым выходом RS-триггера 8, а выход - со входом ждущего мультивибратора 15. Выход ждущего мультивибратора 1 5 подключен ко входу усилителя и входу счетного триггера 10.Формирователь 12 прямоугольных сигналов может быть выполнен на базе стандартного операционного усилителя, переключающегося при переходе входного синусоидального

сигнала через нуль. Элемент 2И 14 стандартный логический элемент, например, серийная интегральная микросхема типа К155ЛИ1 6..006 ТУ.

Устройство работает следующим образом.

Сигналы с 1 задатчика температуры (фиг.3с(, I) и с датчика 2 температуры Сфиг.3с(, il) поступают на входы

усилителя 3 постоянного тока, который осуществляет сравнение входных сигналов и усиление разностного сигнала до величины (фиг.Зб), необходимой для управления RS-триггером

8 по его S-входу.

При температуре объекта регулирования, существенно меньшей по сравнению с заданной, что, например, имеет место в начале работы устройства при .его включении, разностный сигнал вызывает появление на выходе усилителя 3 сигнала, соответствующе; го уровню логического О по отношению к S-входу RS-тpигl-epa 8. Этот

сигнал обеспечивает переключение RS-триггера 8 в единичное состояние. Единичный сигнал (фиг.Зб) на прямом выходе RS-триггера 8 разрешает

запуск симистора 5 импульсами (фиг.Зг), вырабатываемыми первым формирователем 9 импульсов при каждом переходе через нуль синусоидального напряжения (фиг.ЗЭ) источника переменного тока и усиливаемыми усилителем k до уровня, достаточного для надежного включения симистора 5 в начале каждого полупериода напряжения питания. При этом к нагревательному элементу 6 прикладывается полное напряжение через шину 7 источника переменного тока.

Выходные импульсы (фиг.З ь) первого формирователя 9 импульсов обеспечивают одновременно с запуском симистора 5 и запуск триггера 10. Каждый нечетный импульс на входе триггера 10 переключает последний из нулевого состояния в единичное (фиг.З б). Единичный сигнал на прямом выходе триггера 10 не изменяет состояние второго формирователя 11 импульсов. Каждый четный импульс на входе триггера 10 переключает его из едини чного состояния в нуле вое. Отрицательным фронтом нулевого сигнала на прямом выходе (фиг.Зв) триггера 10 осуществляется запуск ,второго формирователя импульсов 11, на выходе которого вырабатывается нулевой импульсный сигнал (фиг.З). прикладываемый к S-входу ИЗ-триггера 8. Этот сигнал не изменяет состояние RS-триггера 8, пока на его S-входе действует нулевой потенциальный сигнал.

По мере повышения температуры объекта регулирования разностный сигнал уменьшается и при температура близких к заданной, сигнал на выходе усилителя 3 начинает возрастать вплоть до ограничения на уровне, соответствующем максимальному значению логической 1 на S-входе RSтриггера 8. При переходе уровня сигнала на выходе усилителя 3 через границу между О и 1 прекращается удержание RS-триггера 8 по 8-входу в единичном состоянии, в результате чего он опрокидывается в нулевое состояние по R-входу очередным имг1ульсом с выхода второго формирователя 11 импульсов.

В установившемся режиме поддержание заданной температуры обеспечивается путем апериодического включения симистора 5. Причем независимо от продолжительности включения симистор 5 всегда включается в начале одного(нечетного - положительного или отрицательного) полупериода, а выключается в конце другого (четного - соответственно отрицательного или положительного) полупериода напряжения питания (фиг.33). Включение симистора 5 в течение полного периода напряжения питания сопровождается уменьшением до минимума постоянной составляющей тока через источник переменного тока в процессе изменения температуры во всем диапазоне регулирования и, в частности, при температурах близких к заданной.

Вследствие этого надежность предлагаемого устройства оказывается выше по сравнению с известными устройствами.

Формула изобретения ,

Устройство для регулирования температуры по авт.св. № 86306, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности устройства при использовании в качестве исполнительного элемента симистора, оно содержит включенные последовательно RSтриггер и первый формирователь импульсов управления, а также включенные последовательно между выходом первого формирователя импульсов управления и первым входом RS-триггера триггер со счетным входом и второй формирователь импульсов управления, причем второй вход RSтриггера соединен с выходом усилителя постоянного тока, выход первого формирователя импульсов управления связан с управляющим электродом симистора, а второй вход - с одним из выводов нагревателя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 86306, кл. G 05 D 23/30, 30.09.75 (прототип),

11 и li 1 Г

ж WVA;

пппп

11IL

il ir 11

Фг/г. J ЧДДу