Устройство для регулирования температуры

Устройство для регулирования температуры

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

I. УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ, содержащее последовательно соединенные источник пульсирующего напряЬкенйя, ограничитель напряжения и фильтр питания усилителя рассогласования, первый пороговый элемент, соединенный первым входом с выходом усшштеля рассогласования , а вторым йходой - с выходом генератора пилообразного напряжения , питаемого от ограничителя напряжения, и первый тиристорный исполнительный элемент,.о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью расши: рения области применения устройства, в него введены последовательно соединенные инвертор, второй пороговый элемент, асинхронный RS-триггер и второй тиристорный исполнительный элемент, второй управляющий вход RS-триггера подключен к выходу первого порогового элемента, а цепь питания - к выходу источника пульсиругацего напряжения, второй пороговый элемент вторым входом подсоединен к выходу генератора пилообразного на пряжения, вход инвертора подключен к выходу усилителя рассогласования, , (/) а цепь его питания - к фильтру питания , первый тиристорный исполнительный элемент входом подсоединен к второму выходу RS-триггера.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

О.ии «

РЕСПУБЛИК

09) (111

З(Я) G 05 D 23/19

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

" -- .

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3551396/18-24 (22) 02.12.82 (46) 15.05.84. Бюл, 918 (72) В.А.Годин (53) 621.555.6 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 830353, кл, С 05 9 23/24, 1980.

2.,Авторское свидетельство СССР

Р 798698, кл. G 05 В 11/28, 1978 (прототип). (54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕИПЕРАТУРЫ, содержащее последовательно соединенные источник пульсирующего напряжения, ограничитель напряжения и фильтр питания усилителя рассогласования, первый пороговый элемент, соединенный первым входом с выходом усилителя рас« согласования, а вторым входом — с выходом генератора пилообразного напряжения, питаемого от ограничителя напряжения, и первый тиристорный исполнительный элемент,.о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью расши; рения области применения устройства, в него введены последовательно соединенные инвертор, второй пороговый элемент, асинхронный КБ-триггер и второй тиристорный исполнительный элемент, второй управляющий вход

RS-триггера подключен к выходу перво. го порогового элемента, а цепь питания — к выходу источника пуяьсирующего напряжения, второй пороговый элемент вторым входом подсоединен к выходу генератора пилообразного напряжения, вход инвертора подключен Я к выходу усилителя рассогласования,, а цепь его питания — к фильтру питания, первый тиристорный исполнитель" ный элемент входом подсоединен к второму выходу RS-триггера.

М

2, Устройство по и. 1, а т л ич а ю щ е е с я тем, что RS-триггер выполнен в виде двух параллельных цепей, состоящих из последовательна включенных эмиттерно-коллекторнога перехода транзистора, ткристора и нагрузки, а база транзистора каждой цепи подсаединена к аноду. тиристара параллельной цепи через последовательно соединенные ограничивающий резистор и

còaáèëèòðîí,Måæäó базой и эмиттерам, каждого транзистора включен резистор утечки, а управляющие электроды тиристаров являются входами п В -триггера.

Изобретение относится к области автоматики с применением тирксторов и может быть использовано, например„ в проявочных машинах для стабилизации за анной температуры цветного 5 проявляющего вещества в стационарной проявочной машине, где для увеличения точности регулирования необ.ходимо применять реверсивный исполнительный элемент, а также в передвиж ньвс фотолабораториях, где широкий диапазон температуры окружающей среды кз-за знакопеременного воздействия на объект регулирования требует управления двумя исполнительными элементами с противоположно действую" щкми регулирующими агентами.

Традиционный метод построения устройств для регулирования темпера" туры состоит в разработке принципиальной схемы, решающей задачу регули рования, а затем к этой схеме приса диняют отдельный источник питания, чаще всего стабилизатор напряжения, по сложности не уступающий схеме устройства, получается дава .ьна громоздкая схема. Проблема упрощения устройства решена в результате системнога подхода..В тиристорных регуляторах температуры на ту часть схемы, которая ответственна за синхронную работу

/ с питающей сетью, подают напряженке питания, выпрямленное, пульсирующее, но не сглаженное фильтрами. Это повьппает КПД устройства„ упрощает схему З5 и упрощает синхронизацию сх мы с сетью.

Известна устройство для регулирования температуры, в котором с целью повьппения КПД и упрощения устройства о применены источник пульсирующего на-. пряжения и ограничитель напряжения, а также маломощный усилитель рассогласования в режиме компаратора С1 1, Устройство хорошо выполняет свои функции, но мажет применяться только для двухпозиционнага регулирования температуры путем включения и выключения нагревателя, т.е. имеет ограниченные функциональные воэможности.

Для улучшения стабклизации температуры применяют прапарцианальньгй закон регулирования. При этом я устройства для регулирования температуры вводят аналоговый усилитель, имеющий заданный коэффициент усиления. Его функции может выполнять ии*. тегральный операционный усилитель,. потребляющий очень маленький так.

Поэтому для упрошения цепей питания делается простейший фильтр талька для питания усилителя, построенный на конденсаторах небольшой емкости, а небольпьэе количество энергии для этага берется ат ограничителя пульсирующего напряжения на стабилитранах. Остальные активные элементы схемы находятся в режиме, в котором ани совсем не "".îòðåáëÿþò ток да момента их импульсного срабатывания или потребляют его в ничтажньгл количествах.

Наиболее близким па технической сущности является устройство для регулиразанкя температуры, содержащее источник пульсирующего напряжения, ограничитель напряжения и фильтр питания, а также активные элементы с малым потреблением тока: последовательно соединенные усилитель рассогласования и пороговый элемент к, кроме roro, подключенный к второму входу порогового элемента генератор пилообразного напряжения, а также тиристорный исполнительный элемент

Устройство в связи с его простотой широко используется в прояьочных машинах для пропорционального регу ОЫа з 4 лирования температуры растворов и воздуха и для управления нереверсив« ным электродвигателем f 2).

Однако устройство имеет ограниченные функциональные возможности и не может использоваться для реверсивного управления исполнительными элементами.

Цель изобретения — расширение области применения устройства. 10

Поставленная цель достигается тем, что устройство для регулирования температуры, содержит последовательно соединенные источник пульсирующего напряжения, ограничитель напряжения и фильтр питания усилителя. рассогласования, первый пороговый элемент, соединенный первым входом с выходом усилителя рассогласования,а вторым, входом — с тыходом генератора пилообразного напряжения,питаемогоот ограничителя напряжения,и первый тиристор ный исполнительный элемент,а также последовательно соединенные инвертор, второй пороговый элемент, асинхронный

RS-триггер и второй тиристорныйиспол» нительный элемент, второй управляющий вход RS-триггера подключен к выходу первого порогового элемента, а це ь питания — к выходу источника пульси" 30 рующего напряжения, второй пороговый элемент вторым входом подсоединен к выходу генератора пилообразного напряжения, вход инвертора подключен к выходу усилителя рассогласования, а

35 цепь его питания — к фильтру питания, первый тиристорный исполнительный элемент входом подсоединен к второму выходу RS-триггера.

RS-триггер выполнен в виде двух параллельных цепей, состоящих из последовательно включенных эмиттерноколлекторного перехода транзистора, тиристора и нагрузки, а база транзис" тора каждой цепи подсоединена к аноду45 тиристора параллельной цепи через последовательно соединенные ограничивающий резистор и стабилитрон, между базой и эмиттером каждого транзистора включен резистор утечки, а управляю->i50 щие электроды тиристоров являются входами RS-триггера.

Введение такого большого количества новых элементов, однако, н перегружает простейший источник питания, у можно так построить схему, что почти не увеличится нагрузка на цепи питания. В предлагаемом устройстве только инвертор, выполненный на базе интегрального операционного усилителя, незначительно увеличивает потребление тока от фильтра. Второй пороговый элемент, также как и первый, вообще не потребляет энергии. Он состоит из двух транзисторов противоположной проводимости, соединенных по схеме аналога двухбазового диода. До момен. та срабатывания он закрыт,а в момент срабатывания он открывается и разряжаетвыходной конденсатор генератора пилообразного напряжения, пропуская через себя ток разряда на вход следующего элемента, Асинхронный RS-триггер состоит из двухлогических элементов, работающих поочередно,поэтомутриггер потребляет не больше энергии,чем один расширитель импульсов, который он заменил.

Целесообразно логические элементы, образуюшие триггер, выполнить в виде последовательно включенных эмиттерноколлекторного перехода транзистора, тиристора и нагрузки, а базу транзис" тора подключить к средней точке делителя напряжения, состоящего из двух резисторов и стабилитрона.

Асинхронный RS-триггер в предлага. емом устройстве выполняет несколько функций. Во-первых, он запоминает короткий импульс, приходящий на один из его управляющих входов, и сохраняет на одном из своих выходов пришедшую информацию до конца текущего полупериода, что необходимо при индуктивном характере нагрузки, управ. ляемой тиристором. Во-вторых, триггер предотвращает случайное появление сигнала сразу на двух вь1ходах устройства, В-третьих, триггер используется в режиме хранения информации, при котором на обоих входах отсутствуют сигналы в течение времени от начала каждого полупериода напряжения до момента прихода импульса. Необычным является то, что на обойх выходах триггера при этом также отсутствует выходной сигнал.

Обнуление триггера без специальных вспомогательных элементов достигается тем, что цепь литания триггера подключена к выходу источника пуль;сирующего напряжения, т.е. эа счет упрощения устройства.

Устройство для регулирования отличается также методом защиты RSтриггера от запрещенного перехода из обнуленного состояния в состоя-. ние, характеризующееся одновременным появлением сигналов на управляющих входах (К81). С этой целью вторые входы обоих пороговых элементов соединены и подключены к выходному 5 конденсатору генератора пилообразных напряжений, а первые входы — к источникам управляющих сигналов, всегда имеющих противоположную полярность, т.е. основной пороговый элемент полу- 1О чает сигнал управления непосредствен. но от усилителя рассогласования, а дополнительный пороговый элементчерез инвертор. При этом пороговый элемент, сработавший от управляюще- 15 го сигнала, разряжает выходной конденсатор генератора пилообразного напряжения и этим исключает возможность срабатывания другого порогового элемента. 20

Предлагаемое устройство предназначено для управления исполнительными элементами реверсивного действия или исполнительными элементами с двумя противодействующими каналами. р5

Это дает возможность использовать устройство для более..точного регулирования температуры, а также при знакопеременном воздействии окружающей среды

На фиг.l ..изображена структурная схема предлагаемого устройства для регулирования температуры;.на фиг.2 пример выполнения функциональной электрической схемы предлагаемого

35 устройства с реверсивным исполнитель ным элементом; на фиг.З вЂ” то же, с исполнительными элементами с двумя противодействующими потоками энергии; на фнг.4 — осциллограммы напряжений на отдельных элементах, поясняющие работу схемы.

Устройство для регулирования тел»пературы содержит последовательно соединенные источник пульсирующего напряжения l,(ôèã.l) ограничитель напряжения 2, фильтр питания 3, уси»итель рассогласования 4, первый пороговый элемент 5, асинхронный

RS-триггер 6 и первый тнрнсторный

5О исполнительный элемент 7, а также второй пороговый элемент 8, первый вход которого через инвертор 9 соединен с выходом усилителя 4, второй вход — с вторым входом первого порого

55 ного элемента 5 и выходом генератора

° пилообразного напряжения 10, а выход — .с управляющим входом триггера б. Второй тиристорный исполнительный элемент 11 подключен к второму выходу триггера б.

Цепи питания элементов подключены: триггер 6 — к выходу источника пульсирующего напряжения l, генератора пилообразного напряжения 10 — к выходу ограничителя напряжения 2, ннвертора 9 — к выходу фильтра питания 3.

Логические элементы, образующие асинхдонный КЯ-триггер 6, наиболее целесообразно выполнить в виде последовательно включенных транзистора 12 фиг,2,тиристора 13 и нагрузки

l4 -.входного элементаоптронной пары.

База транзистора 12 подсоедкнена к средней точкеделителя напряжения,со-. стоящего из резистора утечки 15,ограни. чнтельного резистора 16 и стабнлитрона

l7.Äåëèòåëü напряжения каждого логического элемента подключен к выходу другого. Тиристорные исполнительные элементы 7 и 11 включены в цепи пи- тания обмоток реверсивного электродвигателя 18, регулирующего степень подачи хладагента через вентиль 19 в теплообменник 20. Температура регулируемой среды контролируется датчиком 21, подключенным к одному из входов усилителя рассогласования

4, к другому входу которого подключен задатчик температуры 22.

Средняя точка стабилитронов огра" ничителя напряжения 2 образует шину нулевого потенциала, а крайние точки - отрицательную и положительную шины гитания с потенциалами +U

Пороговые элементы 5 и 8 выполнены из двух транзисторов противоположных типов проводимости, соеди".ненных по схеме аналога двухбазового диода.

Тиристорные исполнительные элементы 11 и 7 (фиг.З) могут управлять независимыми элементами с противодействующими потоками энергии нагревателем 23 и охладителем 24.

Устройство работает следующим образом.

Источник 1 вырабатывает пульсирующее напряжение 0-. (фиг.4а), которое ограничивается и стабилизируется по амплитуде ограничителем напряжения

2, форма выходного напряжения U> которого имеет вид трапеции (см. фиг.4б).

Ксли температура регулируемой среды равна заданной, на .входе уси1092473

7 лителя рассогласонания 4 и на его выходе устанавливается напряжение, равное потенциалу шины нулевого потенциала U . Генератор пилообразногс напряжения 10 настроен так, что его напряжение, имеющее максимально отрицательную амплитуду в начале полупериода к концу полупериода U (фиг.4в) достигает нулевого потенциала. В этом случае пороговые элемен ты 5 и 8 не срабатывают, до конца полупериода тиристорные исполнитель-. ные элементы 7 и 11 не включаются и электродвигатель 18 неподвижен. Вентиль находится н приоткрытом состоя". нии, Притоки технологического тепла полностью компенсируются уносом тепла забираемым хладагентом..

В конце каждого полупериода величина питающего напряжения умень- 2н шается до нуля, потенциалы всех шин питания станонятся равны нулю, напряжение на первых входах пороговых элементов 5 и 8 также уменьшается до нуля, н то время как на вторых 25 входах остается потенциал заряженногс конденсатора генератора пилообразного напряжения 10 относительно отрицательной шины — U„. Появляется разность потенциалов между входами, которая открывает пороговый элемент, в результате чего конденсатор разряжается. Происходит синхронизация генератора пилы 10 с сетью. Обычно же для этой цели ставят специальный ключ. С начала следующего полупериода при появлении питающего напряжения, конденсатор начинает заряжаться.

Триггер 6 также питается пульси" рующим напряжением от источника l.

Поэтому в конце полупериода при нулевом напряжении питания тиристоры 13 (фиг.2) триггера закрываются и в начале следующего полупериода они всегда закрыты. По мере роста напряжения на анодах тиристоров, это напря жение подается на базу транзисторов

12 и открывает их,подготовив триг— гер к приему сигнала на один ыз управляющих входов. Таким образом, отличительной особенностью является примененный в устройстве простой способ обнуления триггера в конце каждого полупериода без специальных устройств, а только за счет подключения его

55 цепей питания к источнику пульсирующего напряжения и применения в нем тиристоров — полууправляемых приборов.

Если под действием окружающей среды температура регулируемой среды увеличится, сигнал от датчика 21 температуры станет больше, чем сигнал от задатчика 22, на входе усилителя рассогласования 4 появится положительный сигнал, на выходе усилителя тоже появится положительный сигнал, который заведомо выше пилообразного напряжения, и пороговый элемент 5 не сработает.

Напряжение на выходе иннертора отрицательной полярности, по величине равно напряжению усилителя.,В моменты времени, когда напряжение инвертора 9 становится равным напряжению пилы (фиг.4г), пороговый элемент 8 срабатывает и на его выходе появляют. ся короткие импульсы (фиг.4д), подаваемые на второй вход триггера 6.

Тиристор 13 (фиг.2) включается, напряжение на его аноде уменьшается в течение нескольких микросекунд, н результате чего транзистор !2 закрывается и предотвращает включение второго тиристора !3. Триггер принял короткий управляющий импульс и запомнил его. В результате идет ток (см. фиг.че) через снетоизлучающий элемент 14 и включится тиристорный исполнительный элемент 11, поданая ток в обмотку электроднигателя 18.

Электродвигатель !8 открывает вентиль 19, увеличивая подачу хладагента и охлаждая регулируемую среду через теплообменник 20. Чем больше разностный сигнал на входе усилителя рассогласования, тем больше ток через обмотку двигателя 18 и тем больше скорость его вращения. При достижении заданной температуры двигатель остановится, а при ее понижении вращается н противоположную сторону, уменьшая подачу хладагента.

При этом на выходе усилителя 4 отрицательное напряжение, à Hà выходе инверTopG 9 — положительное.

Управляющие импульсы вырабатывают. ся пороговым элементом 5, а через триггер 6 включается тиристорный исполнительный элемент 7, подавая гок н другую обмотку двигателя и реверсируя его.

В тех случаях, когда широкий диапазон температуры окружающей среды оказывает знаколеременное воздействие на объект регулирования и требуется приме . ение двух исполнительных элементов с противоположно дейстнуюянми

9 1092 регулирующими агентами, схема устройства выглядит так, как она изобра,жена на фиг.3.

Если температура равна заданной, на входе усилителя рассогласования

4 разность напряжений равна нулю, HH один из тиристорных исполнительных элементов 7 и 11 не включаются, так же как и нагреватель 23, охладитель 24. 1О

При уменьшении температура окружающей среды и регулируемой среды на входе усилителя рассогласования 4 появляется отрицательйый сигнал, который включает нагреватель 23, причем чем больше сигнал, тем сильнее нагрев. Это приводит к компенсации воздействия окружающей среды и восстановлению регулируемой температуры с заданной степенью точности. При 20

-повышении температуры окружающей среды выше температуры регулируемой среды последняя начинает повышаться, на входе усилителя рассогласования

4 появляется положительный сигнал, который включает охладитель 24 и этим компенсирует воздействие окружающей среды.

В серийно изготовляемых в настоящее время проявочных машинах серии, ЗО

47П (базовая модель) для стабилизации температуры фотохимических растворов применяются регулирующие устройства, 10 в которых выходным элементом является электромеханическое реле. Во избежа-: ! ние быстрого износа реле в результате его частого срабатывания датчик температуры ставится как можно дальше от исполнительного элемента — электромагнитного вентиля холодной воды„ установленного на теплообменнике.

Такая система регулирования обладает запаздыванием и позволяет уложиться в пределы допуска (0,3 С) только после тщательной настройки, так. как колебания температуры занимают все поле допуска.

Применение предлагаемого устройства для регулирования температуры, которое является бесконтактным и реверсивным, совместно с исполнитель ным элементом — электромоторным вентилем позволит увеличить точность регулирования до 0,1 С и вьпне, т,е, в три раза точнее,. и в то же время позволит значительно сократить процесс настройки проявочных машин— увеличится производительность труда наладчиков примерно на 207, Кроме того, предлагаемое устройст" во как более простое по цепям питания и по принципиальной схеме, имеет меньшую интенсивность внезапных отказов„ чем традиционные устройства, следовательно„его надежность на

20-30% выше.

1092473 io и>

Uj

ys

Вэ

2+

ВНИИПИ Заказ 3254/31 Тираж 842 Подписное

Филиал ППП "Патеыт", г. Ужгород,ул.Проектная, 4