Устройство для регулирования температуры

 

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано для автоматического регулирования температуры в термостатах . Устройство содержит последовательно соединенные термочувствителный мост, элемент сравнения, усилитель и нагреватель, при этом для -повышения быстродействия в широком диапазоне температур внешней среды в одно термочувствительного моста включен датчик температуры внешней среды, параллельно которому подключен ключ, управление которым производится триггером, информационный вход которого через преобразователь уровня соединен с выходом элемента сравнения, а к входу сброса триггера подключен выход формирователя импульсов. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЯ4АЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ. СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4136706/24-24 (22) 16.10.86 (46) 23.03 88. Бюл. № 11 (72) И. Г. Гатавяцкас и В. В. Беликов (53) 621.555.6 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 549792, кл. G 05 D 23/24, 1975.

Авторское свидетельство СССР № 474797, кл. G 05 D 23/19, 1973. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ (57) Изобретение относится к автоматике и может быть использовано для автоматического регулирования температуры в термо„SU,, 1383317 А 1

m 4 G 05 D 23 24

З р,. „

/У" статах. Устройство содержит последовательно соединенные термочувствителный мост, элемент сравнения, усилитель и нагреватель, при этом для повышения быстродействия в широком диапазоне температур внешней среды в одно из плеч термочувствительного моста включен датчик температуры внешней среды, параллельно которому подключен ключ, управление которым производится триггером, информационный вход которого через преобразователь уровня соединен с выходом элемента сравнения, а к входу сброса триггера подключен выход формирователя импульсов. 2 ил.

1383317

Изобретение относится к системам автоматического регулирования и может быть использовано для автоматического регули-. рования температуры в термостатах для термостатирования различных электронных узлов.

Цель изобретения — повышение быстродействия в широком диапазоне температур внешней среды.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства; на фиг. 2 — диаграммы его работы.

Устройство содержит термочувствительный мост 1, элемент 2 сравнения, усилитель 3 нагреватель 4, преобразователь 5 уровня, пороговый элемент 6, выполненный в виде триггера, ключ 7, датчик 8 температуры внешней среды, формирователь 9 импульсов, элемент 10 блокировки, источник 11 питания.

Термочувствительный мост 1 необходимо располагать непосредственно на нагревателе 4, датчик 8 температуры внешней среды (начальной температуры объекта) должен находиться за пределами термостата так, чтобы величина его сопротивления не изменилась от изменения температуры в термостате за время первого включенного состояния нагревателя 4.

При необходимости, а именно при условии, когда на величину сопротивления датчика 8 (терморезистора) оказывает влияние температура термостата, он должен быть размещен в термоизоляционном корпусе, который способствует значительному уменьшению этого влияния в течение времени первого включенного состояния нагревателя 4.

Преобразователь 5 уровня предназначен для согласования уровней напряжений между выходом элемента 2 сравнения и входом триггера 6. Формирователь 9 импульсов необходим для формирования импульса сброса триггера 6 после включения термостатирующего устройства. Элемент 10 блокировки необходим для отключения терморезистора 8 в случае, когда температура объекта выше температуры внешней среды, с целью предотвращения перегрева объекта (например, в случае кратковременного отключения термостатирующего устройства) . Данную функцию можно выполнить, например, с помощью выключателя, вынесенного на пульт управления оператора.

Устройство работает следующим образом.

При включении устройства температура термсстата и объекта равна температуре внешней среды, термочувствительный мост 1 разбалансирован и элемент 2 сравнения переводит усилитель 3 в режим насыщения, включая нагреватель 4. Одновременно на триггер 6 от формирователя 9 импульсов приходит импульс сброса и прямой выход триггера 6 устанавливается в состояние логического «О», при этом размыкается ключ 7, подключая датчик 8 температуры внешней среды (терморезистор) в противоположное

55 датчику температуры плечо термочувствительного моста 1, смещая точку его баланса, тем самым увеличивая время первого включенного состояния нагревателя 4.

При достижении баланса термочувствительного моста 1 элемент 2 сравнения посредством усилителя 3 отключает нагреватель 4. Одновременно с этим перепад напряжения с выхода элемента 2 проходит через преобразователь 5 уровня на информационный вход триггера 6 и перебрасывает его в противоположное состояние, при котором на прямом его выходе появляется логическая «1» (это положение триггер 6 сохраняет в течение всей дальней шей работы устройства). Под воздействием логической «1» ключ 7 замыкается и шунтирует терморезистор дополнительного разбаланса, устраняя его влияние при дальнейшей работе регулятора. После отключения нагревателя 4 его температура начинает уменьшаться, отдавая запасную энергию объекту термостатирования. Температура объекта, который получает запасную энергию нагревателя, продолжает расти до температуры, равной температуре статирования, при которой процесс выхода в режим термостата заканчивается.

Рассмотрим выход в режим термостатирования в зависимости от температуры внешней среды (начальной температуры объекта).

В первом случае, когда разность между значениями температур термостатирования и внешней средой АТ равна заданному (номинальному) значению АТ>, нагреватель разогревается по кривой АТ„до температуры, соответствующей АТз+Т, (где T„— температура перегрева нагревателя, которая определяется величиной сопротивления терморезистора измерительного моста 1) времени

14 и отключается. Объект термостатирования вследствие наличия собственно термоемкости и теплового сопротивления между ним и нагревателем разогревается по кривой АТ, имеющей постоянную времени большую, чем кривая АТ„. После отключения нагревателя температура объекта продолжает расти с уменьшающейся скоростью за счет запасной энергии нагревателя, которой достаточно для доведения объекта до температуры термостатирования. Отдавая свою запасную энергию, нагреватель охлаждается до температуры термостатирования, к которой приходит одновременно с объектом в момент времени te.

Во втором случае, когда АТ)АТз (температура окружающей среды уменьшилась) и величина дополнительного разбаланса не изменилась, а осталась равной Т„(для устройства без применения терморезистора), нагреватель разогревается по кривой AT а объект ATp — до момента времени t, соответствующего отключению нагревателя. Далее нагреватель охлаждается (с большей скоростью, чем в первом случае при АТ=

1383317

=ЛТ3, так как величина AT и разность температур между нагревателем и объектом увеличилась), отдавая запасную энергию объекту термостатирования. В данном случае запасной энергии нагревателя недостаточно для доведения объекта до температуры термостатирования и последний, когда нагреватель уже вышел на режим термостатирования, продолжает еще разогреваться до момента времени t i o.

В устройстве, когда AT)ATz, величина сопротивления терморезистора увеличилась и стала больше, чем при AT=ATa, перегрев нагревателя увеличивается до величины, близкой к оптимальной (Т„"), при которой нагреватель отключается в момент времени

4, охлаждается и достигает температуры термостатирования в момент времени tq одновременно с объектом (фиг. 2, штриховая линия) .

В случае, когда AT(AT> (температура внешней среды увеличилась) и величина дополнительного разбаланса равна Т. (для устройства без терморезистора), нагреватель разогревается по кривой ЬТ„, а объект—

ЛТр до момента времени tz, соответствующего отключению нагревателя. Далее нагреватель охлаждается (с меньшей скоростью, чем в первом случае.при AT=ATq, так как величина AT и разность температур между нагревателем и объектом уменьшилась), отдавая запасную энергию объекту термостатирования. В данном случае запасной энергии нагревателя больше, чем необходимо для доведения объекта до температуры термостатирования. В результате этого происходит перегрев объекта и его выход на режим термостатирования в момент времени t5. В предлагаемом устройстве, когда

AT(AT>, величина сопротивления .терморезистора меньше, чем в случае, когда AT=, =ATq, и перегрев нагревателя уменьшается до величины близкой к оптимальной (Тд), при которой нагреватель отключается в момент времени ti, охлаждается и достигает температуры термостатирования в момент времени t3 одновременно с объектом (фиг. 2, штриховая линия).

Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с известным позволяет осуществлять режим разогрева, близкий к оптимальному в широком диапазоне значений начальной температуры объекта, когда она равна температуре окружающей среды, Это повышает его быстродействие и уменьшает величину перерегулирования. Так, например, применяя в качестве терморезистора дополнительного разбаланса, полупроводниковый резистор, величина перерегулирования по сравнению с известным устройством уменьшилась более чем в 5,5 раза (при AT(AT ), 15 а при ЬТ)ХТз разогрев объекта практически совпадал с оптимальным. Приведенные результаты получены при температуре термостатирования 60 С и изменениях величины температуры внешней среды в пределах от 10 до 35 С.

Формула изобретения

Устройство для регулирования температуры, содержащее последовательно соединенные термочувствительный мост, элемент сравнения, усилитель и нагреватель, а также пороговый элемент и ключ, включенный параллельно одному из плеч термочувствительного моста, причем вылод порогового элемента связан с первым управляющим

30 выходом ключа, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия в широком диапазоне температуры внешней среды, устройство содержит преобразователь уравнения, формирователь импульсов и элемент блокировки, при этом пороговый элемент

35 выполнен в виде триггера, информационный вход которого подключен к выходу преобразователя уровня, вход которого соединен с выходом элемента сравнения, а вход сброса триггера подключен к выходу формирова4О теля импульсов, выход элемента блокировки соединен с вторым управляющим входом ключа, а параллельно ключу в термочувствительный мост включен датчик температуры внешней среды.

13833!7 ть

Составитель Л. Птенцова

Редактор Н. Бобкова Техред И. Верес Корректор Н. Король

Заказ 912/46 Тираж 866 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

) 13035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4