Патент ссср 826296

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТИЗЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республнк

<11826296 (61) Дополнительное к авт, свид-ву Ю 640278 (51)М. Кл. (22) Заявлено 070879 (21) 2808031/18-24

G 05 0 23/19 с присоединением заявки ¹(23) Приоритет—

Государственный комитет

СССР

Il0 делам изобретений и открытий

Опубликовано 30.04.81. Бюллетень ¹ 16 (53) УДК 621. 555..6(088.8) Дата опубликования описания 320481!

Т.В. Аржанникова и Ю.В. Соси

-Ф (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ

ТЕМПЕРАТУРЫ

Изобретение относится к автомати-. ческому регулированию неэлектрических величин, в частности температуры с использованием электрических средств, и может быть использовано в системах термостатирования.

По QGHQBHocy авт. св. Р 640278 известно устройство для регулирования температуры, содержащее опроционьые 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, причем анод входного зарядного диода блока формирования управляющего сигнала соединен с анодом тиристорного исполнительного элемента, подключенного к источнику постоянного напряжения (1).

Недостатком устройства является значительное потребление мощности устройством при выключенном нагревателе, что снижает его КПД.

Цель изоберетения — повышение

КПД устройства.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для регулирования температуры содержит пороговый элемент, входом связанный с выходом первого операционного усили10 теля, а выходом — с выходом источника постоянного напряжения.

На фиг. 1 изображена Функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — принципиальная

15 схема предлагаемого устройства.

Предлагаемое устройство содержит датчик 1 температуры, основной операционный усилитель 2, дополнительные операционные усилители 3 и 4, истож20 ник 5 опорных напряжений, блок 6 формирования управляющего сигнала, тиристорный исполнительный элемент

7, нагреватель 8, источник 9 постоянного напряжения. К первым входам основного и дополнительных операционных усилителей 2-4 подключен датчик

1 температуры, а к.вторым входам источник 5 опорных напряжений. Блок

6 формирования управляющего сигнала

30 подключен к выходу основного опера826296 ционного усилителя 2, к выходам дополнительных операционных усилителей

3 и 4 и к выходу тиристорного исполнительного элемента 7, соединенного со входом источника 9 постоянного напряжения. Нагреватель 8 подключен последовательно с тиристорным исполнительным элементом 7. Вход тиристорного исполнительного элемента 7 соединен с выходом блока 6 формирования управляющего сигнала. — 10

Кроме того, предлагаемое устройство дополнительно содержит пороговый элемент 10, вход которого подключен к выходу основного операционного усилителя ?, а выход соединен с выходом источника 9 постоянного напряжения.

Датчик 1 температуры (фиг. 2) подключен через резисторы 11-13

,перв е входы основного и дополни- 20 тельных операционных усилителей 2-4) к инвертирующим входам микросхем 14 16 и через резистор 17 к общему концу устройства. Средние выводы потенциометров 18-20 (выходы источника 5 g5 опорных напряжений) через резисторы

?1-23 (вторые входы основного и дополнительных операционных усилителей

2-4) подключены к неинвертирующим входам микросхем 14-16. Выход микро- ЗО схемы 14 через резистор 24 соединен с катодом диоца 25 и с анодом диода

26. Катод диода 26 (основного операционного усилителя 2) соединен через резистор 27 с общим концом устройства и подключен к управляющему электроду тиристора 28 (входу блока 6 формирования управляющего сигнала). Выходы микросхем 15 и 16 через резисторы

29 и 30 подключены к анодам диодов

31 и 32. Катод диода 31 (выход дополнительного операционного усилителя 3) подключен через резистор 33 к общему концу устройства и к управляющему электроду тиристора 34 (входу блока 6 формирования управляющего сигнала). Катод диода 32 (выход дополнительного усилителя 4) подключен через резистор 35 к общему концу устройства и к управляющему электроду тиристора 36 (входу блока

6 формирования управляющего сигнала), Катод тиристора 36 соединен с анодом тиристора 34 и катодом тиристора 28. Катод тиристора 34 соединен с общим концом устройства. Анод тиристора 28 соединен через конденсатор 37 с анодом тиристора 36 и подключен к резистору 38, другой конец которого подключен к управляющему электроду симметричного тиристора (входу тиристорного испол- бО нительного элемента 7), анод которого (выход тиристорного исполнительного элемента)соединен с нагревателем 8, анодом зарядного диода 39 (входом блока 6 формирования управ- 65 ляющего сигнала) и с анодом стабилитрона 40 (выходом источника 9 постоянного напряжения). Катод зарядного диода 39 соединен с анодом тиристора 36. Катод стабилитрона 40 соединен с анодом стабилитрона 41 и подключен к общему концу устройства. Катод стабилитрона 41 через резистор 42 подключен к катоду диода 43. Анод диода 43 соединен с катодом симметричного тиристора 7.

Анод стабилитрона 40 и катода стабилитрона 41 (выход источника 9 постоянного напряжения) соединен с анодом и с катодом тиристора 44 (выходом порогового элемента 10). Анод диода

25 (дополнительный выход основного операционного усилителя 2) подключен через резистор 45 к общему концу устройства и к базе транзистора 46 (входу порогового элемента 10), коллектор которого через резистор 47 подключен к управляющему электроду тиристора

44, а эмиттер соединен с общим концом устройства. Катод стабилитрона 41 (выход источника 9 постоянного напряжения) соединен с резистором 48 (входом источника 5 опорных сигналов).

Другой конец резистора 48 соединен с катодом стабилитрона 49 и через резистор 50 с потенциометрами 18-20 °

Другие концы потенциометров 18-20 и катод стабилитрона 49 подключены к общему концу устройства.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

В начале каждой положительной полуволны симметричный тиристор 7 (фиг. 2) закрыт (время включения симметричного тиристора не более

10 мкс) и на вход источника 9 постоянного напряжения подается все напряжение сети. На выходы питания основного и дополнительных операционных усилителей 2-4 подаются постоянные напряжения со стабилитронов .40 и 41, а на неинвертирующие входы микросхем 14-16 опорные напряжения с потенциометров 18-20, амплитуды которых выбираются таким образом, чтобы выходной сигнал основного операционного усилителя 2 закрывал тиристор 28 при температуре выше t o„, о а выходные сигналы дополнительных операционных усилителей закрывали тиристор 36 при температуре выше

Р„„„ и тиристор 34 при температуре выше t О,, причем: о — to о о о

tv >x = t ном + где t о — требуемая температура отслеживания; ас о — точность отслеживания о температуры с ном.

При температуре в месте расположения датчика t t„„;„ в начале положительной полуволны напряжения

826296 сети в течение времени, необходимого для включения симметричного тиристора, операционные усилители формируют положительное (относительно общего конца устройства) напряжение. Диод 25 и тиристор 44 закрыты. Через управляющий электрод симметричного тиристора 7 текут токи тиристоров

28 и 34 и ток заряда конденсатора 37.

Как только симметричный тиристор от кроется, на вход источника 9 постоянного напряжения переменное напряжение подаваться не будет. Источник

9 постоянного напряжения, источник

5 опорных напряжений, основной и дополнительные операционные усилители

2-4 отключаются. Выключаются и тирис- 15 торы 28, 36 и 34 блока 6 формирования управляющего сигнала, так как потенциал анода стабилитрона 41 станет приблизительно равен потенциалу като да .симметричного тиристора 7. 20

В начале отрицательной полуволны напряжения сети через управляющий электрод симметричного тиристора 7 течет ток перезаряда конденсатора 37 через зарядный диод 39. Как только откроется симметричный тиристор 7, ток перезаряда прекратится, так как потенциал анода диода 39 станет практически равным потенциалу катода симметричного тиристора 7.

О о

Таким образом, при t < t íàãðåватель рассеивает мощность в течение обеих полуволн напряжения, что обеспечивает формированный нагрев до температуры отслеживания устройства.

При этом блок формирования управляющего сигнала потребляет мощность только в начале каждой полуволны, а основной и дополнительные операционные усилители, источник опорных напряжений — лишь в начале каждой поло- 40 жительной полуволны напряжения сети.

При снщ„>с сe„п в начале положительной полуволны основные операционные усилитель 2 и дополнительный операционный усилитель 3 формируют положительное, а дополнительный операционный усилитель 4 отрицательное напряжение. Диод 25 и тиристор 44 закрыты.

Через управляющий электрод симметричного тиристора 7 текут токи тиристоров 28 и 34.Как только симметричный тиристор откроется, основной и дополнительные операционные усилители, источник опорных напряжений и источник постоянного напряжения потреблять мощность не будут. 55

В отрицательную полуволну через управляющий электрод тиристора ток не течет.

При t „> t > t „„, в начале положи0 о 4 тельной полуволны дополнительный опе- 60 рацион ный усилитель 3 формирует положительное, а основной операционный усилитель 2 и дополнительный операционный усилитель 3 отрицательное напряжение. Через управляющий электрод 65 симметричного тиристора 7 ток не течет. Диод 25 открыт. Через управляющий электрод тиристора 44 течет ток транзистора 46. Как только тиристор 44 откроется, основной и дополнительные операционные усилители, источник опорных напряжений, источник постоянного напряжения и транзистор 46 порогового элемента 10 потреблять ток не будут. Через нагреватель будет протекать незначи.тельный ток, потребляемый тиристором 44 порогового элемента. Мощность, рассеиваемая в нагревателе не менее, чем на три порядка меньше максимальной мощности нагрева. Нагреватель практически отключен от сети до тех пор, пока температура в месте расположения датчика не станет равной.

Таким образом, отслеживание температуры ведется на положительной мощности нагревателя. При этом блок формирования управляющего сигнала, основной и дополнительные операционные усилители, источник опорных напряжений и источник постоянного напряжения потребляют мощность лишь в начале положительной полуволны напряжения сети как при включенном, так и при выключенном нагревателе.

Технический эффект от использования предлагаемого устройства в отличие от известного устройства заключается в повышении КПД устройства за счет уменьшения времени потребления мощности основным и дополнительными операционными усилителями, источником опорных напряжений и источником постоянного напряжения при выключенном нагревателе.

B предлагаемом устройстве потребление мощности этими каскадами происходит лишь в начале каждой положительной полуволны напряжения сети (a течение времени порядка

100 мкс) в отличие от известного, в котором эти каскады потребляют мощность при выключенном нагревателе в течение всей длительности каждой положительной полуволны напряжения сети (т.е. в течение 1250 мкс).

Это позволяет уменьшить среднюю мощность, потребляемую основным и дополнительными операционными усилителями, источником опорных напряжений и источником постоянного напряжения при отключенном нагревателе не менее, чем в 10 раз и тем самым уменьшить вес, габаритные размеры и стоимость устройства за счет применения элементов с меньшей допустимой мощностью рассеивания и повысить надежность работы устройства за счет снижения коэффициента нагрузки элементов °

Формула изобретения

Устройство для регулирования температуры по авт. св. Р 640278, о т826296 личающееся тем, что, с целью повышения КПД устройства, оно содержит пороговый элемент, входом связанный с выходом первого операционного усилителя, а выходом — с выходом источника постоянного напряжения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 640278, . G 05 D 23/19, 1977 (прототип).

826296

Составитель Л. Птенцова

Редактор lO. Ковач Техред A.Áàáèíåö Корректор Г. Решетник

Заказ 2571/83 Тираж 940 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4