Устройство контроля температуры

 

Сущность изобретения: устройство содержит блок 1 питания, мультиплексоры 2,3,4, счетчик 5, управляемый генератор 6, 2п переменных резисторов 7,9, п светодиодов 8, п датчиков 10, резисторы 11,12,14,16,17,20, усилители 13,18, компара-, торы 21,22.23,24, делители 15.25,27,30 напряжения , блок 26 определения обрыва цепей датчиков, элемент И-НЕ 28, блок 32 памяти, блок 29 предупредительной сигнализации , блок 31 определения короткого замыкания , блок 33 аварийной сигнализации, Зил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИК (1)5 G 01 К 7/08

ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4833798/10 (22) 01.06.90 (46) 07.08.92. Бюл. ¹ 29 (71) Конотопский электромеханический завод "Красный металлист" (72) B.Ш. Кошмал, B.В. Кийко и Н.П. Матвйенко (56) Авторское свидетельство СССР № 543081, кл. G 01 К 7/08, 1975.

Патент" США ¹ 4347886, кл. 6 01 К 7/08, 1982. (54) УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ ТЕМПЕРАТУРЫ,,!Ж,, 1753306 А1

2 (57) Сущность изобретения: устройство содержит блок 1 питания, мультиплексоры

2,3,4, счетчик 5, управляемый гейератор 6, 2п переменных резисторов 7,9, и светодиодов 8, и датчиков 10, резйсторы

11,12,14,16,17,20, усйл йтели 13,18, компа ра-, торы 21,22,23,24, делители 15;25;27,30 напряжения, блок 26 определения обрыва цепей датчиков, элемент И-HE 28, блок 32 памяти, блок 29 предуйредительной сигнализации, блок 31 определения короткого замыкания, блок ЗЗ аварийной сигнализации, 3 ил, 1753306

Изобретение относится к устройствам контроля температуры и может быть использовано для контроля температуры наrðåâà подшипников вентиляторов„ двигателей и т.п.

Известны устройства для контроля температуры нагрева подшипников вентиляторов, двигателей, содержащие датчики температуры, стабилизированный источник температуры, индикатор обрыва датчиков, блок сигнализации, снабженный усилителем, индикатором и исполнительным элементом.

Недостатками данного устройства являются отсутствие возможности уставки предупредительной сигнализации, изменения в широких пределах контроля точек аварийной температуры, обусловленных использованием для термодатчиков ферромагнитных материалов с фиксированными точками Кюри, отсутствие возможности из-. мерения контролируемой температуры, а также контроля короткого замыкания датчика температуры.

Наиболее близким из известных устройств является устройство, содержащее датчики, мультиплексоры, операционные усилители, компараторы, резисторы и индикатор.Недостатками данного устройства являются отсутствие возможности в нем уставки точки температуры, предупредительной сигнализации, предшествовавшей аварийной, что снижает функциональные воэможности работы устройства, а следовательно, не может предупредить аварийную ситуацию на обьекте, отсутствие автоматической диагностики короткого замыкания полупроводникового датчика температуры или его цепи, что может быть воспринято устройством как достижение датчиком аварийной температуры и, следовательно, ложному отключению объекта контроля; сложность устройства и недостаточная точность контроля температуры из-за отсутствия температурной компенсации изменения сопротивления канала мультиплексора при изменении температуры окружающей среды, .Целью изобретения является повышение надежности.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве контроля температуры. содержащем блок питания, датчики температуры, блок определения обрыва цепи датчиков, блок аварийной сигнализации, блок индикации температуры и первый, второй и третий мультиплексоры, объединенные управляющим входами и подключенные к выходам счетчика, соединенного счетным входом с выходом управляемого генератора импульсов, причем первый выход блока питания подключен через переменные резисторы к соответствующим информационным вхо5 дам первого мультиплексора, подключенного выходом к инвертирующему входу первого усилителя, соединенному через первый резистор со своим выходом и подключенному неинвертирующим входом че10 рез второй резистор к выходу второго усилителя, соединенному через третий резистор со своим неинвертирующим входом, в него введены первый, второй, третий и четвертый делител напряжения, первый, 15 второй, третий и четвертый компараторы, элемент И-НЕ, блок памяти, блок предупредительной сигнализации, блок определения короткого замыкания цепи датчика, четвертый, пятый и шестой резисторы и цепочки иэ

20 последовательно соедйненных переменного резистора и светодиода, по числу датчиков температуры, при этом каждая цепочка включена между соответствующим датчиком температуры и информаци25 онным входом второго мультиплексора, подключенного выходом через четвертый резистор к отрицательной шине источника питания, соединенной с общей шиной через первый делитель напряжения, подключен30 ный средней точкой через пятый резистор к инвертирующему входу второго усилителя, подключенного неинвертирующим входом через шестой резистор к выходу третьего мультиплексора, информационным входом

35 подключенного к анодам соответствующих светодиодов, выход первого усилителя соединен с блоком индикации температуры и подключен к первым входам первого, второго, третьего и четвертого компараторов, 40 подключенных выходами, соответственно, к блоку определения обрыва цепей датчиков, первому входу элемента И-НЕ, блоку определения короткого замыкания и первому входу блока памяти, вторым входом подклю45 ченного к выходу третьего компаратора и второму входу элемента И-НЕ, подключенного выходом к блоку предупредительной сигнализации, вторые входы первого и второго компараторов соединены со средней

50 точкой, соответственно, второго и третьего делителей напряжения, включенных, соответственно, между отрицательной шиной источника питания и общей шиной, и между положительной шиной источника питания и

55 общей шиной, вторые входы третьего и четвертого компараторов подключены, соответственно, к первому и второму выходам четвертого делителя напряжения, включенного между положительной шиной источника питания и общей шиной, первый выход

1753306 подключен к выходу второго делителя 25 напряжения, входы которого подключены к первому и второму выходам блока 1 питания. Выход компаратора 21 подключен к блоку 26 определения обрыва цепей датчиков 10.

55 блока памяти подключен к управляющему входу управляемого генератора импульсов, а второй выход соединен с блоком аварийной сигнализации.

На фиг.1 приведена функциональная 5 схема устройства контроля температуры;-на фиг.2 — характеристики зависимости падения напряжения на светодиоде и канале . мультиплексора от температуры окружающей среды; на фиг.3 — схема блока памяти 10 (а), схемц делителей напряжений (б-г).

Устрой:тво контроля температурй содержит блок 1 питания, мультиплексоры 24, управляющие входы которых объединены между собой и подключены к выходам счет- 15 чика 5, вход которого соединен с выходом управляемого генератора 6, а информационные входы мультиплексора 4 через соответствующие переменные резисторы 7 подключены к первому (общему) выходу 20 блока питания 1.

Каждый информационный вход мультиплексора 2 соединен с катодом соответствующего светодиода 8, анод которого подключен к соответствующему ийформа- 25 . ционному входу мультиплексора 3 и через переменный резистор 9 соединен с выходом полупроводникового датчика 10, вход которого подключен к первому выходу блока питания 1. Выходмультиплексора2 через 30 резистор 11 подключен к второму(отрицательному) выходу блока 1 питания, а выход мультиплексора 3 через резистор 12 соединен с инвертирующим входом усилителя 13, инвертирующий вход которого через рези- 35 стор 14 подключен к выходу первого делителя напряжения 15, входы которого соединены с первым и вторым выходами блока питания 1.

Выход усилителя 13 через резистор 16 40 подключен к его неинвертирующему входу.

Выход усилителя 13 через резистор 17 также соединен с неинвертирующим входом усилителя 18 с изменяющимся коэффициентом усиления, инвертирующий вход которо- 45 го подключен к выходу мультиплексора 4.

Выход усилителя 18 соединен с индикатором 19 температуры и через резистор

20 — с его инвертирующим входом, а также с неинвертирующим входом компараторов 50

21 и 22, с инвертирующим входом компаратора 23 и неинвертирующим входом компаратора 24.

Инвертирующий вход компаратора 21

Инвертирующий вход компаратора 22 подключен к выходу третьего делителя 27 напряжения, входы которого подключены к первому и третьему выходам блока 1 питания, а выход компаратора 22 соединен с первым входом элемента И-HE 28, выход которого подключен к блоку 29 предупредительной сигнализации.

Неинвертирующий вход компаратора

23 подключен к первому выходу четвертого делителя 30 напряжения, входы которого подключейы к первому и третьему выходам блока 1 питания, а второй выход делителя 30 напряжения соединен с инвертирующим входом компаратора 24. Выход компаратора 23 соединен с вторым входом элемента

И-НЕ 28, с блоком 31 определения короткого замыкания и с первым входом блока 32 памяти, второй вход которого подключен к выходу компаратора 24. Первый выход блока 32 памяти соединен с входом управляемого генератора 6, а второй выход подключен к блоку 33 аварийной сигнализации.

Индикатор 19 те.мпературы мо жет представлять собой стрелочный прибор„ например микроамперметр, или быть выполненным в виде цифрового прибора с . аналоговым входом.

Блок определения обрыва 26, определения короткого замыкания 31 цепей датчиков

10, блока предупредительной 29 и аварийной 33 сигнализации могут быть выполнены, например, на реле.

Датчики 10 температуры могут быть выполнены на полупроводйиковых элементах, например, диодах, транзисторах, которые изменяют свое сопротивление под воздействием температуры.

В качестве мультиплексоров 2-4 счетчика 5 могут быть использованы микросхемы, например, К561КП1, К561ИЕ10 соответственно, в качестве усйййтелей 13,18 может быть использована микросхема, например, К157УД2. В качестве компараторов 21-24 могут быть использованы микросхемы, например, К554СА3.

Блок 32 памяти (фиг.3а) содержит пер вый элемент И-НЕ 34, выход которого соединен с первым входом второго элемента

И-НЕ 35, Выход второго элемента И-НЕ 35 подключен к второму входу третьего элемента И-НЕ 36, первый вход которого через кнопку 40 подключен к первому выходу блока 1 питания, а также через резистор 41 подключен к третьему выходу блока 1 питания. Выход третьего элемента И-НЕ 36 соединен с входом резистора 37 и является первым выходом блока 32 памяти. Выход резистора 37 соединен с вторым входом

1753306

10

20

40

50 элемента И-Hf 35 и с входом усилителя 38 мощности, а также через конденсатор 39 подключен к первому выходу блока 1 питания. Выход усилителя 38 мощности является вторым выходом блока 32 памяти.

Элементы И-Hf 34 — 36 могут быть выполненными, например, на микросхеме

К561ЛА7, усилитель 38 мощности — на микросхеме К561ЛН 2.

Блок 32 памяти работает следующим образом, Элементы И-НЕ 35 и 36 образуют симметричный триггер, в одну обратную связь которого включена RC-цепочка задержки на резисторе 37 и конденсаторе 39.

Триггер включается "нулевым" (отрицательным) потенциалом, поступающим на первый вход триггера, с выхода элемента

И-НЕ 34 только в том случае, если на обоих входах элемента И-НЕ 34 присутствует единичный (положительный) потенциал, Возврат триггера в исходное состояние осуществляется с помощью кнопки 40.

Усилитель 38 мощности служит для увеличения нагрузочной способности триггера.

RC-цепочка предназначена для задержки включения триггера, Делители 15,27,30 могут быть выполнены, например, на резисторах. Первый делитель 15 напряжения выполнен на резисторах 42-44, второй — на резисторах 45 и 46, а третий — на резисторах

47 и 48. Третий делитель напряжения, в отличие от первых двух, имеет два выхода деленйого найряженйя, Устройство работает следующим образом, Полупроводниковый датчик 10 температуры является одним из плеч измерительного моста, включающего в себя резистор 11, мультиплексор 2, светодиод 8, переменный резистор 9 и делитель 15 напряжения.

В одну диагональ этого моста включен источник стабилизированного напряжения (блок 1 питания), а другая диагональ моста через мультиплексор 3 подключена на вход усилителя 13, выполненного на операционном усилителе. Резисторы 9 служат для устранения технологического разброса сопротивления полупроводниковых датчиков 10, Светодиод 8 предназначен для термокомпенсации изменения сопротивления канала мультиплексора 2 в связи с изменениями температуры окружающей среды, что повышает точность контроля температуры нагрева полупроводниковых датчиков 10.

Характеристики зависимости падения напряжения светодиода АЛ 307-БМ и канала мультиплексора К561 КП1 при одном и том же токе, которые используются в устройстве, от температуры окружающей среды приведены на фиг,2. Светодиод 8 является дополнительным средством контроля обрыва цепи датчика 10.

Управляемый генератор 6 вырабатывает тактовые импульсы длительностью, например, около 1 с, которые поступают на вход счетчика 5. Выходные импульсы счет-. чика поступают на счетные входы мультиплексоров 2-4, которые под воздействием этих импульсов поочередно соединяют каждый свой информационный вход с выходом.

Мультиплексор 2 поочередно подключает каждый из восьми полупроводниковых датчиков 10 к плечу моста, а мультиплексор

3 — диагональ измер: тельного моста к входу усилителя 13. Мультиплексор 4 поочередно подключает каждый из восьми переменных резисторов 7 к входу усилителя 18.

В исходном состоянии, например, при

0 С мост сбалансирован переменным резистором делителя 15 напряжения, и на выходе усилителей 13 и 18 напряжение равно нулю.

При нагревании датчика 10 et.o сопротивление уменьшается, и с диагонали моста на вход усилителя 13 поступает напряжение раэбаланса моста, прямо пропорциональное температуре датчика 10. С выхода усилителя 13 усиленное напряжение разбаланса моста поступает на вход усилителя 18 с изменяющимся коэффициентом усиления. Коэффициент усиления усилителя 18 зависит от величины сопротивления соответствующего переменного резистора 7, подключаемого мультиплексором 4 ко входу усилителя 18.

Выход усилителя 18 подключен к инвертирующему входу компаратора 23 и к неинвертирующим входам компараторов 21,22 и

24, Компаратор 21 предназначен для контроля обрыва цепей датчиков 10. При обрыве цепи какого-либо датчика 10 на выходе усилителя 18 появляется отрицательное напряжение, близкое по величине к напряжению источника 1 питания. Это напряжение сравнивается с опорным напряжением, подаваемым на инвертирующий вход компаратора

21 с выхода делителя 25 напряжения. Так как опорное напряжение меньше напряжения, поступающего с выхода усилителя 18, на выходе компаратора 21 появляется отрицательное напряжение, включающее блок

26 контроля обрыва, На остальные компараторы выходное напряжение усилителя 18 в этом случае воздействия не оказывает, Компаратор 23 предназначен для контроля короткого замыкания датчиков и его цепей. При коротком замыкании какого-либо датчика 10 на выходе усилителя 18 появляется положительное напряжение, близкое по величине к напряжению источ- ника 1 питания, которое сравчивается с

1753306

5

20

40

50 опорным напряжением, подаваемым на неинвертирующий вход компаратора 23 с первого выхода делителя 30 напряжения.

Величины резисторов делителя 30 напряжения выбираются такими, чтобы опорное напряжение было больше напряжения, появляющегося на выходе усилителя 18 при максимально допустимом нагреве какоголибо датчика. Так как опорное напряжение меньше напряжения, появляющегося на выходе усилителя 18 при коротком замыкании кэкого-либо датчика 10, на выходе компаратора 23 появляется отрицательное напряже-. ние, включающее блок 31 контроля короткого замыкания датчиков 10, При коротком замыкании датчика 10 срабатывают также компараторы предупредительной 22 и аварийной 24 сигнализации. Однако отрицательный сигнал с выхода компаратора 23 поступает на вход элемента И-НЕ 28.и нэ первый вход элемента 32 памяти, блокируя включение блоков предупредительной 29 и аварийной 33 сигнализации. При этом триггер элемента 32 памяти не успевает включаться иэ-за наличия в цепи его обратной связи RC-цепочки. Компэрэторы 22 и 24 предназначены для осуществления предупредительной и аварийной сигнализации со- ответственно. Опорное напряжение подается на инвертирующий вход компарэтора 22 с выхода второго делителя 27 напряжения.

Опорное напряжение иэ компаратор 24 подается на инвертирующий вход с второго выхода четвертого делителя 30 напряжения, а с первого выхода четвертого делителя 30 напряжения опорное напряжение подается на неинвертирующий вход компаратора 23.

Первый и второй выходы, целителя 30 напряжения соединены соответственно с первым и третьим выходами блока 1 питания. Опорные напряжения предупредительной и аварийной сигнализации устанавливаются резисторами 46 и 48 соответственно (фиг.3) при настройке на заданные "предупредительную" и "аварийную" температуру, причем опорное напряжение предупредительной сигнализации выбирают обычно на 0,5 8 меньше опорного напряжения аварийной сигнализации, что соответствует различию между "предупредительной" и "аварийной" температурами на 5ОС.

При нагревании какого-либо датчика 10 напряжение на выходе усилителя 18 будет увеличиваться пропорционально температуре. нагрева, При достижении датчиком 10 заданной

"предупредительной" температуры напряжение на выходе усилителя 18 достигнет уровня опорного напряжения предупредительной сигнализации и компаратор 22 включит блок 29 предупредительной сигнализации, При дальнейшем нагревании датчика 10 и достижении им заданного значения "аварийной" температуры напряжение на выходе усилителя 18 достигает величины опорного напряжения аварийной сигнализации, на выходе компаратора 24 появляется отрицательное напряжение,. которое включает блок 32 памяти.

Появившееся отрицательное напряжение на выходе блока 32 памяти включает блок 33 аварийной сигнализации, а также останавливает управляемый генератор 6 на такте датчика 10 с "аварийной" температурой. При этом продолжает гореть соответствующий светодиод 8, указывая номер

"аварийного" датчика. Запусксхемы в рабочее состояние после устранения неисправности и охлаждения "аварийного" датчика осуществляется путем нажатия кнопки 40 блока 32 памяти.

Формула изобретения

Устройство контроля температуры, содержащее блок питания, датчики температуры, блок определения обрыва цепи датчиков, блок аварийной сигнализации, блок индикации температуры и первый, второй и третий мультиплексоры, объединенные управляющими входами и подключенные к выходам счетчика, соединенчого счетным входом с выходом управляемого генератора импульсов, причем первый выход блока питания подключен через переменные резисторы к соответствующим информационным входам первого мультиплексора, подключенного выходом к инвертирующему входу первого усилителя, соединенного через первый резистор со своим выходом и подключенного неинвертирующим входом через второй резистор к выходу второго усилителя, соединенного через третий резистор ro своим неинвертирующим входом, отл ич а ю щееся тем, что, с целью повышения надежности контроля, в него введены первый, второй, третий и четвертый делители напряжения, первый, второй, третий и четвертый компараторы, элемент И-НЕ, блок памяти, блок предупредительной сигнализации, блок определения короткого замыкания цепи датчиков, четвертый, пятый и шестой резисторы и цепочки из последовательно соединенных переменного резистора и светодиода по числу датчиков температуры, при этом каждая цепочка включена между соответствующим датчиком температуры и информационным входом второго мультиплексора, подключенного выходом через четвертый резистор к

1753306

= 7(г) 7P

f4

g Я Я Я Ю Я Я 70 Ю Я 106 (р, р 7, ф08 отрицательной шине источника питания, соединенной с общей шиной через первый делитель напряжения, подключенный средней точкой через пятый резистор к инвертирующему входу:второго усилителя, подключенного выходом к блоку индикации температуры и неинвертирующим входом через вестой резйстор — к выходу третьего мультййлексора, информационным входом подключенного к анодам соответствующих светодиодов, выход первого усилителя подключай к первым входам первого, второго, третьего и четвертого компараторов, подключенных выходами соответственно к бло«у определения обрыва цепей датчиков, первому входу элемента И-НЕ. блоку определения короткого замыкания и первому входу блока памятй, вторым входом подключенного к выходу третьего компаратора и второму входу элемента И-НЕ, подключенного выходом к блоку предупредительной сигнализации, вторые входы первого и вто.рого компараторов соединены со средней

5 точкой соответственно второго и третьего делителей напряжения, включенных соответственно между отрицательной шиной источника питания и общей шиной и между положительной шиной источника питания и

10 общей шиной, вторые входы третьего и четвертого компараторов подключены соответственно к первому и второму выходам четвертого делителя напряжения, включенного между положительной шиной источни15 ка питания и общей шиной, первый выход блока памяти подключен к управляющему входу управляемого генератора импульсов, а второй выход соединен с блоком аварий-. ной сигнализации.

1753306

Составитель .В.Кийко

Гехред М.Моргентал Корректор П.Гереши

Редактор О,Головач

Заказ 2760 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101