Устройство для регулирования температуры с самоконтролем

 

Изобретение относится к автоматике , конкретно к технике автоматического регулирования температуры, и может быть использовано в системах термостатирования с самоконтролем. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства за счет контроля работоспособности его узлов. Устройство содержит трансформатор 1 с вторичными обмотками 2 и 3, выпрямительный диод 4, задатчик 5 и датчик 6 температуры, дифференциальный усилитель 7, второй 8 и третий 9 конденсаторы, резистор 10 обратной связи, первый делитель 11 напряжения, стабилизатор 12 напряжения, усилитель 13 мощности, первый конденсатор 14, второй делитель 15 напряжения, нагреватель 16, двухпороговый компаратор 17, формирователь 18 импульсов, триггер Шмитта 19, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 20,. элемент И 21, корректирующий конденсатор 22. Напряжение на нагревателе 16 контролируется двухпороговым компаратором 17. Результат контроля сравнивается с состоянием стабилизатора 12 напряжения, контролируемым триггером ИЫитта 19. При различных значениях сигналов на выходах двухпорогового компаратора 17 и триггера Шмитта 19 формируется сигнал отказа устройства. 3 ил. иэ (Л щ 4 СО to 4 01 Ifnxai

COIO3 СОВЕТСКИХ

СО!.1ИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4199440/24-24 (22) 24.02.87 (46) 23.10.88. Бюл. Ф 39 (71) Харьковский политехнический институт им. В,И.Ленина (72) В.Г.Воронов, А.В Дюков, В.И.Кадулин, А.Я.Мазалов и M.Ã.Ðîõìàí (53) 621.555(088.8) (56) Авторское свидетельстно СССР

У 1260928, кл. G 05 D 23/19, 1985.

Авторское свидетельство СССР

И - 1124267, кл. G 05 D 23/19, 1983. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ

ТЕМПЕРАТУРЫ С САМОКОНТРОЛЕМ (57) Изобретение относится к автоматике, конкретно к технике автоматического регулирования температуры, и может быть использовано и системах термостатирования с самоконтролем.

Цель изобретения — расширение функцйональных возможностей устройства за счет контроля работоспособности его

ÄÄSUÄÄ 1432475 А1 (51)4 G 05 D 23/19, G 05 В 23/02 узлов. Устройство содержит трансформатор 1 с вторичными обмотками 2 и 3, выпрямительный диод 4, задатчик 5 и датчик 6 температуры, дифференциальный усилитель 7, второй 8 и третий 9 конденсаторы, резистор 10 обратной снязи, первый делитель 11 напряжения, стабилизатор 12 напряжения, усилитель

13 мощности, первый конденсатор 14, второй делитель 15 напряжения, нагреватель 16, двухпорогоный компаратор

17, формирователь 18 импульсов, триггер Шмитта 19, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ

ИЛИ 20,. элемент И 21, корректирующий конденсатор 22. Напряжение на нагревателе 16 контролируется двухпорого- ф вым компаратором 17. Результат конт- . роля сравнивается с состоянием стабилизатора 12 напряжения, контролируе- С мым триггером Шмитта 19. При различных значениях сигналон на выходах двухпорогового компаратора 17 и триггера Шмитта 19 формируется сигнал отказа устройства. 3 ил. юг

143?475

llзобретение относится к автоматике, конкретно к технике автоматического регулирования температуры, и может быть использовано в системах тер5 мостатирования с самоконтролем.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей устройства за счет контроля работоспособности era узлов. 10

Е1а фиг. l представлена функциональ ная схема предлагаемого устройства; на фиг,2 — функциональная схема формирователя импульсов; на фиг.3 — пе- редаточная характеристика двухпорогового компаратора.

Устройство содержит трансформатор

i1 с вторичными обмотками 2 и 3, вклю ченными встречно,. выпрямительный диод

1 4, задатчик 5 температуры, датчик 6 20 температуры, дифференциальный усили тель 7, второй 8 и третий 9 конденса торы, резистор 10 обратной связи, первый делитель 11 напряжения, стаби лизатор 12 напряжения, усилитель 13 25 мощности, первый конденсатор 14, вто рой делитель 15,напряжения, нагреватель 16, двухпороговый компаратар 17, формирователь 18 импульсов, триггер

Бритта 19, элемент ИСКЛОЧА10ЩЕЕ ИЛИ 30

120, элемент И 21, корректирующий кон денсатор 22, инвертары 23 и 24, ин тегрирующую цепь 25, элемент 2И-ИПИ, НЕ 26.

Выпрямительный диод 4 производит однополупериодное выпрямление пере-! менного напряжения. Конденсаторы 8 и 9 необходимы для формирования пилообразных напряжений, амплитуды которых пропорциональны заданной и истинной температурам объекта соответственно.

Первый делитель 11 напряжения необходим для создания требуемого режима по постоянному току для входа управления отключением стабилизатора 12 нап- „5 ряжения. Последний предназначен одновременно для усиления выходного сигнала дифференциального усилителя 7 по мощности и формирования т ропорциональнаго закона регулирования.

Усилитель 13 мощнасти на транзисторе усиливает выходной сигнал стабилизатора 12 напряжения по мощности.

Первый конденсатор 14 образует положительную обратную связь по перемен55 ному току. Второй делитель 15 напря-,, жения является делителем обратной связи для стабилизатора 1? напряжения. Компаратор 17 является цвухпороговым: если напряжение на его входе лежит в пределах между напряжениями

U к двп и U в дон (фиг.3), на его выходе формируется единица, в противном случае — нуль, при этом при нормальной работе элементов 13 и 16 на выходе делителя -!5 напряжения при включении стабилизатора 12 напряжения формируется напряжение Б „ (фиг. 3).

Триггер Шмитта 19 формирует единицу при включении стабилизатора 12 напряжения и нуль .при его выключении, т.е. практически является датчиком состояния интегрального стабилизатора 12 налряжения. Элемент ИСКЛЮЧАЮШЕЕ ИЛИ

20 практически производит сравнение сигналов с выхода компаратора 17 и триггера Шмитта 19. Элемент И 21 формирует сигнал отказа исполнительного элемента, в который входят выходной каскад стабилизатора 12 напряжения, усилитель 13 мощности и нагреватель

16, т.е. все силовые, наиболее нагруженные элементы устройства.

Устройство работает следующим образом.

На задатчике 5 температуры и дат-. чике 6 относительна их общей точки имеются положительные полувалны напряжения однополупериадного выпрямления, осуществляемогo выпрямительным диодом 4, находящиеся в противофазе вследствие встречного включения трансформаторных обмоток 2 и 3. Эти напряжения сглаживаются конденсаторами 8 и 9, преобразуясь в постоянное пилообразное напряжение. При условии равенства напряжения на задатчике 5 и датчике 6 по амплитуде, что обуславливается регулировкой задатчика 5, напряжение между дифференциальными входами усилителя 7 равно нулю, т.е. измерительная схема сбалансирована.

В момент включения устройства сопротивление задатчика 5 больше сопротивления датчика 6 (при использовании в качестве последнего термометра сопротивления), поэтому на выходе дифференциального усилителя 7 напряжение отрицательно и стабилизатор 12 напряжения включен на полную мощность. По мере увеличения температуры и, следовательно„ увеличения сопротивления датчика 6 температуры постоянный сигнал разбаланса в.виде пилообразного напряжения через делитель ll напряжения поступает на вход управления от143?475 ключением стабилизатора 12 напряжения.

Поскольку изменение температуры в зоне охлаждения является медленно ме5 няющимся процессом, а выключение и включение интегрального стабилизатора 12 напряжения производятся пилообразным напряжением, причем вход управления отключением стабилизатора 12 lp напряжения обладает определенным порогом включения, на выходе стабилизатора 12 напряжения формируются прямоугольные импульсы, изменяющиеся по длительности в зависимости от измене- f5 ния регулируемой температуры. Соответственно через усилитель 13 мощности и нагреватель 16 протекает импульсный ток, также изменяющийся по длительности н зависимости от изменения регули- 20 руемой температуры. Конденсатор 14 обеспечивает положительную обратную связь па переменному току, что улучшает фронты импульсов, поступающих на нагреватель 16. 25

При включении интегрального стабилизатора 12 напряжения через время, определяемое задержкой его элементов, на его сигнальном выходе отключения формируется перепад из нулевого напря.30 женин до. положительного напряжения определенного значения, поэтому на выходе триггера Шмитта 19 формируется . единица. Если нсе элементы устройства исправны (т.е. исправны усилитель 13 мощности и нагреватель 16), на измерительном входе интегрального стабилизатора 12 напряжения формируется положительное напряжение U» (Фиг. 3.), поэтому на выходе двухпорагоного ком- 40 паратара 17 Формируется единица.

Такач образом, при исправных элементах 13 и 16 и исправном выходном каскаде стабилизатора 12 напряжения на входах элемента ИСКЛ1ОЧА1ЩЕЕ ИЛИ 20 45 будут одинаковые сигналы. Аналогично после аòêãëî÷åíèë стабилизатора 12 напряжения на выходе триггера Шмитта 19 формируется нуль, и с выхода делителя 15 напряжения также снимается нулевое напряжение, поэтому на выходе двухпороговаго компаратора 17 будет нуль. Таким образом, при исправном выходном каскаде интегрального стабилизатора 12 напряжения и исправных, 55 усилителе 13 мощности и нагревателе

16 на входах элемента ИСКЛЮЧА10ШЕЕ И!П!

20 будут одинаковые сигналы, следовательно, на ега ныходе будет нуль. Эта условие нарушается только н моменты переключения стабилизатора 12 напряжения из-за задержки распространения сигнала от его входа управления отключением по двум каналам: сигнальный выход отключения стабилизатора 12 напряжения — триггер Шмитта 19 и выход стабилизатора 12 напряжения — усили-. тель 13 мощности — делитель 15 напряжения — днухпороговый компаратор !7.

Поэтому для исключения ложного срабатывания узла диагностики элемент И 2! запирается по первому входу нулем на время, большее разности времен распространения сигналов па указанным каналам, так как формиронатель !8 импульсов по любому перепаду входного сигнала выдает на своем выходе импульс отрицательной полярности.

Если, например, произошел отказ нагревателя 16 типа "Обрыв", на небольшую величину повышается напряжение на выходе стабилизатора 12 напряжения и выходе усилителя 13 мощности, так как н этом случае стабилизатор !

2 напряжения начинает работать практически на холостом ходу, причем значение повышения напряжения .зависит ат выходного сопротивления стабилизатора 12 напряжения, коэффициента стабилизации и т.д. В результате это-. го поньш ается напряжение на измерительном входе стабилизатора 12 напряжения и это напряжение становится ранным напряжению У 1 (фиг.3)> и на выходе двухпорогового компаратора 17 формируется Ойуль. Если произошел пробой транзистора усилителя 13 мощности по цепи коллектор — эмиттер типа

"Короткое замыкание, при включении стабилизатора 12 напряжения на нагревателе 16 падает напряжение, равное напряжению питания U » и на выходе делителя 15 напряжения формируется напряжение U (фиг ° 3) и на выходе двухпороганога компаратора 17 формируется нуль. Таким образом, в указанных случаях на выходе двухпорогового компаратора 17 при включении стабилизатора 12 напряжения формируется „ нуль, а на выходе триггера Шмитта

19 — единица, поэтому на выходе элемента ИСКЛЮЧА10ЩЕЕ ИЛИ 20 — единица, и, если отказ произошел н момент включения стабилизатора 12 напряжения, через время, определяемое длительностью импульса формирователя 18, на выходе элемента И 21 формируется сигУстройство для регулирования темПературы с самоконтролем, содержащее

1 рансформатор, выпрямительный диод, Датчик и задатчик температуры, диффеенциальный усилитель, усилитель мощости, нагреватель, первый и второй елители напряжения, стабилизатор

» апряжения, с первого по третий конДенсаторы, катод выпрямительного диода подключен к одним выводам двух обмоток трансформатора, включенных встречно, два других вывода которых соединеHbr каждый соответсTBенно с

ЗБ

5 14324 нал отказа. Если отказ произошел nocate момента включения стабилизатора 12

Напряжения, он фиксируется в тот же

Момент, и на выходе элемента И 21

5 формируется единица.

Если, например, произошел отказ транзистора усилителя 13 мощности тийа "Короткое замыкание" в момент, » огда стабилизатор 12 напряжения был выключен, на выходе двухпорогового омпаратора 17 формируется единица, на выходе триггера Шмитта 19— ль, поэтому с выхода элемента И 21 разу выдается сигнал отказа в виде иницы.

Если, например, произошел отказ транзистора усилителя 13 мощности тиа "Обрыв" по цепи коллектор — змитер, в момент включения стабилизатора 20

12 напряжения с выхода делителя 15 нимается нулевое напряжение, меньшее апряжения Би дол (фиг.3), поэтому на выходе двухпорогового компаратора 17 формируется нуль, а на выходе тригге- 2б а Шмитта 19 после включения стабилизатора напряжения — единица, вновь .формируется сигнал отказа.

Аналогично сигнал отказа вырабатывается при неисправности нагревателя gp

1 6 типа "Короткое замыкание".

4 о р м у л а изобретения

75 6 прямым и инверсным входами дифференциального усилителя, выход которого соединен с входом первого делителя напряжения, выход которого подключен к входу управления отключением стабилизатора напряжения, зыход которого соединен с входом усилителя мощности и через первый конденсатор с инверсным входом дифференциального усилите.— ля и одними выводами задатчика температуры и второго конденсатора, одни выводы датчика температуры и третьего конденсатора соединены с прямым входом дифференциального усилитегя, а другие выводы второго и третьего конденсаторов, датчика и задатчика температуры соединены с анодом выпрямительного диода и подключены к шине нулевого потенциала, выход усилителя мощности соединен с входами нагревателя и второго делителя напряжения, выход которого подключен к измерительному входу стабилизатора напряжения, о т л и ч а ю щ е е с я. тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства за ,счет контроля работоспособности его узлов, устройство содержит формирователь импульсов, триггер Шмитта, двухпороговый компаратор, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и элемент И, выход, первый и второй входы которого соединены соответственно с сигнальным выходом неисправности устройства, выходом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и выходом формирователя импульсов, вход которого соединен с выходом триггера Шмитта и первым входом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ

ИЛИ, второй вход которого подключен к

Ф выходу двухпорогового компаратора, вход которого соединен с выходом второго делителя напряжения, а вход триггера Шмитта подключен к сигнальному выходу отключения стабилизатора напряжения.

1432475 и (@д

Составитель А.Андерсон

РедактоР И.ГоРнаЯ ТехРед П.Сердюкова Корректор А.Обручар

Заказ 5438/39

Тираж 866 Подписное

В11ИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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