Устройство для регулирования температуры

 

О и и с А н и" F-рц640278 ИЗОБРЕТЕН И Я

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 20.01.77 (21) 2444584/18-24 с присоединением заявки № (23) Приоритет (51) М. | л.

6 05D 23/19

Государственный комитет (43) Опубликовано 30.12.78. Бюллетень ¹ 48 (53) УДК 621.555.6 (088.8) ло делам изобретений и открытий (45) Дата опубликования описания 30.12.78 (72) Авторы изобретения

Ю. В. Сосин и T. В. Аржанникова (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ

Устройство для регулирования температуры относится к области автоматического регулирования температуры и может быть использовано в системах термостатирования с малым временем установления рабо- 5 чей температуры.

Известны устройства для регулирования температуры, обеспечивающие малое время установления рабочей температуры путем подключения дополнительного нагревате- 10 ля (1).

Из известных устройств наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство, содержащее операционные усилители, к первым входам ко- 15 торых подключен датчик температуры, а ко вторым входам — источник опорных напряжений, блок формирования управляющего сигнала с входным зарядным диодом, нагреватель, подключенный через тиристор- 20 ный исполнительный элемент, управляющий электрод которого соединен с выходом блока формирования управляющего сигнала, к источнику переменного напряжения, и источник постоянного напряжения (2). 25

Источник постоянного напряжения и включенный последовательно с ним источник опорных напряжений формируют стабильные постоянные напряжения в течение обеих полуволн напряжения сети. 30

Недостатком известного устройства является значительный ток, потребляемый операционными усилителями и источником опорных напряжений от источника постоянного напряжения, а также блоком формирования упрагля|ощгго сигнала н источником постоянного напряжения от сети, что снижает коэффициент полезного действия устройства.

Цель изобретения заключается в повышении коэффициента полезного действия устройства.

Эта цель достигается тем, что анод входного зарядного диода блока формирования управляющего сигнала соединен с анодом тиристорного исполнительного элемента, подключенноГО и источнику постояннОГО напряжения.

На фиг. 1 изображена функциональная схема предложенного устройства для регулирования температуры; на фиг. 2 — принципиальная схема предложенного устро,";ства для регулирования температуры.

Предложенное устройство для регулирования температуры содержит датчик температуры 1, подключенный к входа ottcpaцнонных усилителей 2, 3, 4, источник опорных напряжений 5, блок формироьания управляющего сигнала 6, тиристорный исполнительный элемент 7, включенный последо640278

15 темпе3 вательпо с нагревателем 8, и источник постоянного напряжения 9. Выход операционного усилителя 2 соединен с управляющим электродом тиристора 10, выход операционного усилителя 3 — с управляющим электродом тиристора 11, а выход операционного усилителя 4 — с управляющим электродом тиристора 12. Катоды тиристоров 10 и 12 соединены с анодом тиристора

11. Анод тиристора 12 через зарядный конденсатор 13 соединен с анодом тиристора

10, анод тир исторного исполнительного элемента 7 соединен с нагревателем 8. Другой конец нагревателя 8 и катод тиристорного исполнительного элемента 7 подключены к источнику переменного напряжения. Анод тиристора 12 соединен с катодом входного зарядного диода 14, анод которого подключен к аноду тиристорного исполнительного элемента 7, управляющий электрод которого через ограничительный резистор 15 подключен к аноду тиристора

10. Источник постоянного напряжения 9 (фиг. 2) содержит диод 16, анод которого подключен к аноду элемента 7, а катод через резистор 17 — к катоду сгабилитрона 18. Анод стабилитрона 18 соединен с катодом стабилитрона 19 и выведен на общий конец схемы. Катод стабилптрона 18, анод стабилитрона 19 и общий конец схемы подключены к выводам питания микросхем

20, 21, 22 операционных усилителей 2, 3, 4.

Катод стабилитрона 18 подключен к входу источника опорных напряжений 5. Источник опорных напряжений 5 содержит резистор 23, включенный на входе источника опорных напряжений 5 и соединенный с катодом стабилитрона 24, анод которого подключен к общему концу схемы. К катоду стабилитрона 24 через резистор 25 подключены три потенциометра 26, 27, 28, средние выводы которых являются выходами источника опорных напряжений 5.

Выходы источника опорных напряжений 5 подключены к резисторам 29, 30, 31, включенных на входе операционных усилителей

2, 3, 4. Другие концы резисторов 29, 30, 31 соединены с неинвертирующими входами микросхем 20, 21, 22. Инвертирующие входы микросхем 20, 21, 22 через сопротивления 32, 33, 34 подключены к резистору 35 и датчику температуры 1, другой конец которого соединен с катодом стабилитрона 24 источника опорных напряжений 5. Выходы микросхем 20, 21, 22 через резисторы 36, 37, 38 подключены к анодам диодов 39, 40, 41, катоды которых соединены с резисторами

42, 43 и 44 и являются выходами операционных усилителей 2, 3, 4. Другие концы резисторов 42, 43, 44 соединены с общим концом схемы.

Устройство для регулирования температуры работает следующим образом.

В начале каждой положительной полуволны тиристорный исполнительный эле20 с 30

G0

4 мспт 7 закрыт (время включения его не бо:iec 10 мисси) н на вход источника постояшюго напряжения 9 подается все напряж(. ннс источника переменного напряжения.

Iia выводы питания операционных усилителей 2, 3, 4 подаются постоянные напряжения со стабилитронов 18, 19, а на неинисртирующие входы микросхем 20, 21, 22— опорные напряжения с потенциометров 26, 27, 28, амплитуды которых выбираются таким образом, чтобы выходные сигналы операционных усилителей 2, 3, 4 закрывали тиристор 10 при температуре выше тиристор 12 при температуре выше тиристор 11 при температуре выше причем где t требуемая температура отслеживания;

At — точность отслеживания ратуры.

При 1 (tmm â начале положительной полуволны в течение времени, необходимого для включения тиристорного исполнительного элемента 7, через его управляющий электрод текут токи тиристоров 10, 11 и ток заряда конденсатора 13 через тиристоры 11, 12. После того как тиристорный исполнительный элемент 7 откроется, на вход источника постоянного напряжения 9 переменное напряжение подаваться не будет.

Источник опорных напряжений 5 и операционные усилители 2, 3, 4 отключатся. Выключаются и тиристоры 10, 11, 12 блока формирования управляющего сигнала 6, так как потенциал анода стабилитрона 19 станет приблизительно равен потенциалу катода тиристорного исполнительного элемента 7.

В начале отрицательной полуволны напряжения сети через управляющий электрод тиристорного исполнительного элемента 7 течет ток перезаряда конденсатора 13 через входной зарядный диод 14. Как только откроется тиристорный исполнительный элемент 7, ток перезаряда прекратится, так как потенциал анода входного зарядного диода 14 станет приблизительно равен потенциалу катода тиристорного исполнительного элемента 7.

Таким образом, при t ((t m; нагреватель подключен к сети в течение обеих полуволн напряжения сети, что обеспечивает форсированный нагрев до температуры отслеживания устройства. При этом блок формирования управляющего сигнала 6 потребляет мощность только в начале каждой полуволны, а операционные усилители

2, 3, 4, источник опорных напряжений 5 и источник постоянного напряжения 9 лишь в начале каждой положительной полуволны.

640278

При t ;„(t (t через управляющий электрод тиристорного исполнительного элемента 7 текут токи тиристоров 10, 11 только в начале положительной полуволны источника переменного напряжения до момента отпирания тиристорного исполнительного элемента 7 (тиристор 12 закрыт).

В отрицательную полуволну через управляющий электрод тиристорного исполнительного элемента 7 ток не течет (тиристоры 10, 12 закрыты). Через нагреватель 8 протекает незначительный ток стабилизации стабилитронов 18, 19. При этом мощность, рассеиваемая в нагревателе не менее чем на 3 порядка меньше максимальной мощности нагрева. Нагреватель 8 практически отключен от источника переменного напряжения до тех пор, пока температура в месте расположения датчика температуры 1 не станет равно" t „„,,„„.

Таким образом, отслеживание температуры ведется на половинной мощности нагревателя. При этом операционные усилители 2, 3, 4, источник опорных напряжений

5, блок формирования управляющего сигнала 6 и источник постоянного напряжения

9 потребляют мощность только в течение положительной полуволны при выключенном нагревателе и лишь в начале каждой положительной полуволны при включенном нагревателе.

Предлагаемое устройство позволяет; повысить коэффициент полезного действия устройства для регулирования температуры по сравнению с прототипом (мощность, потребляемая операционными усилителями, источником опорных напряжений, блоком формирования управляющего сигнала и источником постоянного напряжения снижается не менее чем в 25 раз в режиме форсированного нагрева до температуры отслеживания и не менее чем в 2 раза в режиме отслеживания температуры) за счет отключения питания операционных усилителей, источника опорных напряжений блока формирования управляющего сигнала и источника постоянного напряжения на часть полупериода после того, как нагреватель подключается к сети; повысить надежность работы устройства за счет сии>кения не менее чем в 1,5 раза

50 коэффициента нагрузки элементов источника постоянного напряжения, источника опорных напряжений, операционных усилителей и блока формирования управляющего сигнала; уменьшить габаритные размеры и вес устройства для регулирования температуры приблизительно на 25О/О за счет снижения средней мощности, рассеиваемой элементамн источника постоянного напряжения, источника опорных напряжений, операционных усилителей и блока формирования управляющего сигнала.

Проведенные лабораторные испытания макета предложенного устройства для регулирования температуры (с операционными усилителями на микросхемах 1УТ401Б, тиристорами 2У101Е и симметричным тиристором 2У208Б) показали, что предлагаемое устройство обеспечивает точность отслеживания температуры +0,02 С и способно коммутировать мощность до 1,2 кВт.

Формула изобретения

Устройство для регулирования температуры, содержащее операционные усилители, к первым входам которых подключен датчик температуры, а к вторым входам— источник опорных напряжений, блок формирования управляющего сигнала с входным зарядным диодом, нагреватель, подключенный через тиристорный исполнительный элемент, управляющий электрод которого соединен с выходом блока формирования управляющего сигнала, к источнику переменного напряжения, и источник постоянного напряжения, отл и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения коэффициента полезного действия, анод входного зарядного диода блока формирования управляющего сигнала соединен с анодом тиристорного исполнительного элемента, подключенного к источнику постоянного напряжения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

No 358691, кл. G 05D 23/19, 1971.

2. Авторское свидетельство СССР

Мю 525934, кл. G 05D 25/19, 1975.

- 640278

Коррсктор Л. Брахнина

Редактор Ю. Челюканов

Заказ 2453/15 Изд. № 829 Тираж 1005 Подписное

НПО Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Типография, пр. Сапунова, 2

ti

Составитель В. Крюков

Текред Н. Рыбкина