Термостабилизатор

 

ОПИСАНИЕ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61)Дополнительное к авт. свид-ву— (22) ЗаЯвлено 06. 10;81 (21) 3342365/18-24

Р1) М. К1х.з

G 05 0 23/19 с присоединением заявки Нов

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет—

Опубликовано230183. Бюллетень М 3 (331УДК-621 ° 555.

6(088 8) Дата опубликования описания 23.01.8 (72) Авторы изобретения к

Б.Н.Балясников, Я.Б.Свердлов и:С..Худяев (71) Заявитель (54) ТЕРМОСТАБИЛИЭАТОР

Изобретение относится к устройствам автоматического регулирования и предназначено для подцержания с высокой точностью температуры в тер" мостате кварцевого генератора.

Известно устройство .для стабилизации температуры, содержащее интегрирующий усилитель, измерительный мост, регулирующий блок, нагреватель, пороговый элемент, ключ, вентильный элемент, ограничительный элемент (1 ).

Недостатками данного устройства являются невысокая точность и низкое быстродействие..

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство регулирования, которое содержит два датчика температуры, расположенные у объекта регулирования и .у нагревателя соответственно, переменный регулятор, два постоянных резистора, источник опорного напряжения, компаратор и последовательно соединенные ключевое устройство и нагреватель, первый вывод первого датчика, соединен с первым выводом переменного резистора и с первым выводом первого резистора, второй вывод перемен ного резистора соединен,с первыми выводами второго датчика и второго постоянного резистора, вторые выводы датчиков соединены с одним полюсом источника постоянного нацряжений а вторые выводы постоянных резисторов с другим, вывод движка переменного резистора соединен о первым

"входом компаратора, а источник опор19 ного напряжения — с вторым, выход компаратора соединен с входом ключевого устройства.

Устройство работает следующим образом.

Напряжение первого датчика зависит от температуры объекта регулирова-; ния, например кварцевого генератора, напряжение второго датчика зависит от температуры нагревателя. Иа движке ре-.

2л зистора эти напряжения складываются в определенной пропорции, зависяшей от положения движка перменного резистора. На компараторе это напряжение сравнивается с напряжением на выходе источника опорного напряжения и компаратор с помощью ключевого устройства включает или выключает нагреватель. Если нагреватель разогревается до некоторой температуры, напряжение на входе компаратора

О сравнивается с опорным и нагреватель .выключается. Когда тепло растечется

991386 по термостату и температура второго датчика уменьшится, нагреватель вновь включится. Так продолжается до тех пор, пока температура объекта регули-: рования не достигнет необходимой величины. Тогда компаратор выключает 5 нагреватель с помощью первого датчика. Выбирая положение движка резисто ра, можно суммировать напряжение на датчиках в определенной пропорции, и, таким образом, задавать режим (2) . 1Q

Недостатками известного устройст-" ва являются низкая точность и сложность в настройке.

Действительно, на вход компаратора поступает только часть напряжения с датчиков, что соответствует уменьшению крутизны входной характеристики датчиков (вольт/град). Например, если необходимо иметь небольшой перегрев нагревателя, то движок переменного резистора должен находиться .ближе к второму датчику. При этом уменьшается вес сигнала с датчика в общем сигнале, поступающем на компаратор. Фак тически слежение за температурой производится не на объекте регулирования, а в некоторой фиктивной точке, находящейся между датчиками, положение которой определяется положением движка переменного резистора. Кроме этого, выбор положения движка возможен. лишь в лабораторных условиях, поскольку он в конечном счете определяет точность термостатирования. С другой стороны, при изменяющихся внешних условиях для поддержания постоянной, З5 точности термостатирования необходимо положение движка изменять, что создает неудобства.

Цель изобретения — повышение точности термостабилизатора. 40

Поставленная цель достигается тем, что в термостабилизатор, содержащий два термодатчика, размещенные соответственно на нагревателе и на объекте термостабилиэации и включенные в смежные плечи моста, в другие смежные плечи которого подключены задающие резисторы, а во входную диагональ — источник постоянного напряжения, компаратор, к первому входу которого подключен выход источника опорного напряжения, а также последо вательно соединенные ключевой элемент и нагреватель, введены второй и третий компараторы с соответствующими источниками опорного напряжения на их первых входах и элементы И—

НЕ, причем выход .первого элемента ИНЕ соединен с входом ключевого элемента, выход второго элемента Й-HE соединен с первым входом первого элемента И-НЕ, второй вход, которого соединен -с выходом первого компаратора, второй вход которого подключен к выходной диагонали моста в точке подсоединения к ней термодатчика, раз- 65 мещенного на нагревателе, первый вход второго элемента И-НЕ соединен с вы- . ходом второго компаратора, второй .. вход которого связан с вторым входом первого компаратора, а второй вход второго элемента И-ЙŠ— c выходом третьего компаратора, второй вход которого подключен к выходной диагонали моста в точке подсоединения термодатчика, расположенного на термостабилиэируемом объекте. фиг.l иэобРажено пРеДлагаемое стройство; на фиг.2 — диаграмма его аботы.

Устройство содержит задающий резистор 1, термодатчик 2, задающий резистор 3, термодатчик 4, включенные по хеме моста. Источники 5-7 опорного напряжения, первый, второй, третий компараторы 8-10, второй и первый элемент И-НЕ 11 и 12, последовательно соединенные ключевой элемент 13 и нагреватель 14,вход ключевого элем=эта 13 соединен с выходом элемента

И-НЕ 12, первый вход которого соединен с выходом ком аратора 8, а второй вход — с выходом элемента И-НЕ

11, первый вход которого соединен с выходом- компаратора 9, а второй — с выходом компаратора 10, первый вход компаратора 9 соединен с первым выводом термодатчика 2 и с первым выводом постоянного резистора 1, первый вход компаратора 10 соединен с первым выводам резистора 3 и первым выводом термодатчика 4, вторые выводы термодатчиков соединены с одним полюсом источника 15 напряжения, а вторые выводы резисторов 1 и 3 — с другим, вторые входы компараторов 8-10 соединены с источниками 5-7 опорных напряжений соответственно. Термодатчик

4 размещен на объекте регулирования, а термодатчик 2 — у нагревателя 14.

Устройство работает следующим образом.

Напряжение с термодатчика 2, пропорциональное температуре нагревателя 14,поступает на входы компараторов 8 и 9, а напряжение, пропорциональное температуре объекта термостабилиэации, поступает с термодатчика

4 на вход компаратора 10. Опорные напряжения на источниках 5-7 установлены так, что компаратор 8 срабатывает, если нагреватель 14 охлажден до температуры 1 (фиг.2), сраба- тывание происходит из логической единицы в логический ноль, если температура нагревателя выше некоторой температуры t.ä,. компаратор 10 срабатывает иэ логической единицы в логигический ноль при достижении температуры объекта регулирования, равной " которую нужно поддерживать на данном уровне. При этом опорные напряжения выставляются таким образом, 991 386

Формула изобретения что 1„< 4 < k, элементы И-НЕ 11 и

12 реализуют функцию

2 3 где z -,выход схемы И-НЕ 121

x„— первый вход схемы И-НЕ 12

Х - первый вход схемы И-НЕ llew

Х - второй вход схемы И-HE 3.1.

При Z = 1 ключевой элемент 13 включает нагреватель 14, при Z= 0 нагреватель 14 выключен. При резком изменении внешней температуры, например при похолодании, первым охлаждается нагреватель 14, расположенный обычно на металлическом цилиндре, внутри которого находится объект термо- 35 стабилизации. Когда температура наг- .ревателя -14 понижается до величины

С„, срабатывает компаратор 8 (х=0) и включается нагреватель (z=l) независимо от температуры объекта термоста-;щ билиэации (z=l при х,,=0 независимо ат xg и x)) . Если, наоборот, нагрева-тель 14 перегревается и достигает температуры С2, компаратор 9 выключает вго, даже если объект термостабилизации ещв не нагрелся до температуры tз (х„=l; х2-0; z= 0 при любом х ) . Если температура нагревателя 14 лежит в пределах между 11 и 1 (х„=l;

x<---1), то нагревателем уйравляет ком- 30 паратор 10 (при х„ х =1уz=x ). Температура 4> задается источником 7 опорного напряжения и выбирается исходя иэ требований к объекту термостабилизации. Температуры 1 „и 42 определяют- 35 ся качеством термостабилизации и тепловой инерцией всей конструкции термостата в .целом и не зависят от .колебаний температуры внешней среды. Температуры 1 и + 2 задаются источниками 5 и б опорного напряжения соответ-4О отвеяно.

Положительным эффектом предлагаемого устройства является повышение точности термостабилизации. Действительно, термодатчики подключены непосредственно к входам компараторов без каких-либо делителей или регуляторов, поэтому выходные характеристики компараторов имеют максимально возможную крутизну, что и приводит к увеличению точности. Кроме этого, исключается возможность перегрева нагревателя и объекта регулирования, так как если датчик находится у объекта регулирования,то. когда объект прогревается до заданной температуры, нагреватель оказывается нагретым доболее высокой температуры. Тепло, распространяющееся от нагревателя,уже после его выключения может перегреть 60 объект. Кроме этого, даже при стабилизированной температуре нагревателя существует опасность перегрева из-за внутренних активных элементов объекта термостатирования (например, мощ- 15 ность рассеиваемая на резисторах) .

При хорошей термоизоляции это оказывается существенным.

Предлагаемое устройство исключает перегрев нагревателя и объекта регу« лирования, обладает болев высокой (в 4-5 раз) по сравнению с известным точностью. Помимо этого, благодаря независимым компараторам значительно упрощается подстройка терморегулятора, при этом настройка сохраняется в различных внешних условиях. Устрой- ство легко может быть перестроено, поэтому его можно применять в различных конструкциях термостатов, не меняя принципиальной схемы.

Тврмостабилизатор, содержащий два тврмодатчика, . размещенные соответственно на нагревателе и на объекте термостабилизации и включенные в смежные плечи моста, в другие смежные плечи которого подключены задаыщив резисторы, а во входную диагональ— источник постоянного напряжения,компаратор, к первому входу которого подключен выход источника опорного напряжения, а также последовательно соединенные ключевой элемент и нагреватель, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности термостабилизатора, в него введены второй и третий компараторы с соответствующими источниками опорного напряжения на их первых входах и элементы И-..

НЕ, причем выход первого элемента

И-ЙЕ соединен с входом ключевого элемента, выход второго элемента И-НЕ соединен с первым входом первого элемента И-НЕ,второй вход которого соединен с выходом первого компаратора, второй вход которого подключен к выходной диагонали моста в точке подсоединения к нвй тврмодатчика, размещенного на нагревателе, первый вход второго элемента И-НЕ соединен с выходом второго компаратора, второй вход которого связан с вторым входом первого компаратора, а второй вход второго элемента Н-НŠ— c выходом третьего комнаратора, второй вход которого подключен к выходкой диагонали моста в точке подсоединения термодатчика, размещенного на термо стабилизирувмом объекте.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 781784, кл. G 05 D 23/24, 1979.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 798758, кл. G 05 D 23/19, 1979 (прототип).

991386

Фр

Фиг,2

Составитвль Г.Крвймон

Редактор T.Êóãðèàåâà Твхрвд И.Гайду Коррвктор Ю.Макаренко

Заказ .131/65 Тираж 872 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по двлам изобретений и открытий

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

Филиал ппп патвнт, r.ужгород, ул.проектная,4