Устройство для регулирования температуры

Устройство для регулирования температуры

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советскик

Социалнстнческнк

Реслублнн

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

<1>796813

Ф,ф (61) Дополнительное к авт. сеид-ву— (22) Заявлено 2203.78 (21) 2595264/18-24 с присоединением заявки М (51)M. КлЗ

С 05 0 23/24

ГОсударствениый комитет

СССР по делам изобретений н открытий (23) Приоритет

Опубликовано 15.0181. Бюллетень Йо 2 (53) УДК 621. 555. . 6 (088. 8) Дата опубликования описания 1801.81 (72) Авторы изобретения

A.Ô. Алейников, В.В. Альт и И.Д. Бухтияров

Ф (71) Заявитель

Специальное опытное проектно-конструкторскотехнологическое бюро Сибирского отделения ВАСХНИЛ (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ орган Pj.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь зовано для контроля и регулирования физических величин с помощью датчиков,. выходным параметром которых является сопротивление, таких, например, как терморезистор.

Известно устройство для контроля и регулирования температуры, содержащее мостовую схему из двух постоянных резисторов, переменного резистора и терморезистора, запитанную от источника напряжения, и регулирующего органа, включенного в измерительную диагональ мостовой схемы (1).

Однако известное устройство требует применения стабильного источника напряжения и чувствительного реагирующего органа, что ограничивает его применение при прецизионном контроле температуры.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для регулирования температуры, содержащее термочувствительный элемент, например, терморезистор, источник опорного напряжения, задагчики температуры верхнего и нижнего пределов и исполнйтельнйй

Однако такое устройство обладает низкой точностью измерения и регулирования,так как на погрещность измерения оказывают влияние нестабильности элементов измерительной схемы и питающего ее источника напряжения.

Повышение чувствительности в этом устройстве ограничено допустимой величиной протекающего по термореэистору измерительного тока. В противном случае нагрев термометра измерительным током оказывает воздействие на объект измерения за счет теплопроводности и излучения терморезистора, что приводит к искажению температурного поля объекта, а в конечном счете к дополнительной погрешности контроля температуры. Кроме того, при многоточечном контроле за труднена обработка информации, так как устройство не согласуется с ЦВИ.

Цель изобретения — повиаение точности устройства.

Поставленная цель достигается тем, что устройство содержит накопительный элемент, например конденсатор, подключенный параллельно терморезистору, электронные ключи, генератор импульсов, нуль-орган, триггеры и

ЗО элемент совпадения, а задатчики тем796813 пературы верхнего и нижнего пределов выполнены в виде формирователей импульсов, причем первый выход генератора импульсов соединен с управляющим входом первого ключа, через который конденсатор подключен к источ- 5 нику опорного напряжения, и с управляющим входом второго ключа, подключенного ко входу нуль-органа, а второй выход генератора импульсов связан с управляющим входом третьего ключа, через который конденсатор под. ключен ко входу нуль-органа, выход которого соединен со входами формирователей импульсов и информационными входами триггеров, тактовые входы которых соединены с выходами со- 15 ответствующих формирователей импульсов, одни выходы триггеров соединены со входами исполнительного органа непосредственно, а .другие — через элемент совпадения. 20

На фиг. 1 представлена схема устройства для регулирования температуры; на фиг. 2 — опоры напряжений, поясняющие работу устройства. устройство содержит термочувствительный элемент, например терморезистор 1, накопительный элемент, например конденсатор 2, первый 3, второй

4 и третий 5 электронные ключи, выполненные соответственно, например, на полевых транзисторах, генератор импульсов 6, источник 7 опорного напряжения, нуль-орган 8, триггеры 9 и 10, формирователи импульсов 11 и

12, элемент 13 совпадения, исполнительный орган 14. Формирователи 11 и 12 выполнены, например, на базе инверторов. 15 и 16, элементов совпадения 17 и- 18 и конденсаторов 19 и 20.

Конденсатор 2 .подключен параллельно терморезистору 1 и через электрон- 4О ный ключ 3 соединен с одной стороны с источником 7 напряжения, а с другой стороны через электронный ключ 5 соединен с потенциальным входом нульоргана 8. Кроме того, потенциальный 45 вход нуль-органа 8 соединен через электронный ключ 4 с точкой нулевого потенциала 21. С ней же соединены один из полюсов источника 7 опорного напряжения, непотенциальный вход go нуль-органа 8 и один из выводов терморезистора 1. Работой ключей 3-5 управляет генератор 6 импульсов, выполненный, например, в виде генератора пРямоугольных Импульсов с пря" р ьым и инверсным выходами. В этом случае прямой выход генератора 6 подключен к затворам ключей 3 и 5, а инверсный — к затвору ключа 4 или наоборот. Выход нуль-органа 8 соединен с информационными входами триг- 60 геров 9 и 10, выполненных, например, в виде триггеров, и с взводами инверторов 15 и 16 формирователей 11 и 12.

Входы и выходы инверторов 15 и 16 соединены соответственно с входами 65 элементов совпадения 17 и 18 формирователей 11 и 12. Конденсаторы 19 и 20 формирователей 11 и 12 соединены одной обкладкой с выходами инверторов

15 и 16, а другой обкладкой — с точкой нулевого потенциала 21.

Выходы элементов совпадения, являющиеся выходами формирователей 11 и 12 соединены с тактовыми входами триггеров 9 и .10 соответственно. Прямой выход триггера 9 и инверторный выход триггера 10 подключены к входу исполнительного. органа 14, а инверсный выход триггера 9 и прямой выход триггера 10 соединены со входами элемента 13 совпадения, выход которого подключен также ко входу исполнительного органа 14.

Работа устройства сводится к двум полуциклам: подготовительному и измерительному (см. фиг. 2 интервалы соответственно). о

В подготовительный полуцикл генератор 6 импульсов замыкает ключи 3 и 5 (см. фиг. 2 а интервала ср...tz) и размыкает ключ 4 (см. фиг. 2 б интервала tz ...с2), На фиг. 2 а показывает напряжение прямого выхода генератора 6 импульсов а б — напряжение инверсного выхода. При рассмотрении работы устройства принято, что наличие положительного напряжения на затворе ключа устанавливает его в положение "замкнуто", отсутствие напряжения — положение "разомкнуто". В измерительный полуцикл генератор 6 импульсов размыкает ключи 3 и 5 (см. фиг. 2 а интервала t ...t ) и замыкает ключ 4 (см. фиг. 2 б интервала ...t ) т.е. логика работы генера2. б тора 6 импульсов сводится к следующему: когда замкнут ключ 4, ключи 3 и 5 разомкнуты, и наоборот.

В подготовительный полуцикл работы устройства конденсатор 2 через замкнутый ключ 3 заряжается до напряжения источника 7 (см. фиг. 2 в интервала со...t )

На выходе нуль-органа 8 устанавливается нулевой потенциал (см. фиг. 2 г интервала с„ ...t2), так как ключ 4 замкнут, на выходе формирователей 11 и 12 импульсов устанавливается логическая единица (см. фиг.2 д и е интервала to с„) на прямых выходах триггеров 9 и 10 устанавливается логический ноль (см. фиг. 2 и . и ж, интервала с ...с соответственно), а на инверсных выходах триггеров 9 и 10 соответственно логическая единица (см. фиг. 2 к и з интервал времени to...t ), на выходе элемента 13 совйадения устанавливается логический ноль (см. фиг. 2 л интервала ty... tg) .

В измерительный полуцикл работы устройства (см. фиг. 2 интервал

t ... t6 ) конденсатор начинает разряжаться через терморезистор 1 и вход13

Формула изобретения

5 79б8 ное сопротивление нуль-органа 8. Если входное сопротивление нуль-органа 8 на несколько порядков выше сопротивления терморезистора 1, то длительность разряда конденсатора 2 рпре деляется постояннои времени цепи его" разряда, равной произведению величины сопротивления.терморезистора 1 на ве личину емкости конденсатора 2 (см. фиг. 2 в интервала t ...t .).

В соответствии с длительностью разряда конденсатора 2 нуль-орган " 8 формирует импульс длительностью 2 ... 5 (см. фиг. 2 I ). Длительность полуциклов генератора импульсов б выбрана такой, чтобы конденсатор полностью .заряжался до величины напряже- 1 ния источника 7 и разряжался полностью при заданных вариациях сопротивления терморезистора 1.

В момент времени с нуль-орган 8

2 передним фронтом запускает формиро- 2О ватели 11 и 12 импульсов, которые формируют импульсы различной длительности (см. фиг. 2 е и д интервалов

tZ...t4 и t>...t> соответственно).

Формирователи 11 и 12 в данном случае являются задатчиком температуры верхнего и нижнего пределов, причем длительность импульса t t4 (см. фиг. 2 е) формирователя 11 определяет, например, верхний предел контролируемой температуры, а тогда длительность импульса t2....t 3 (см. фиг. 2 д) — нижний предел контролируемой температуры.

Кроме того, разность между длительностями этих инвертированных импульсов определяют необходимую зону нечувствительнВсти устройства, которая позволяет повысить надежность его работы при наличии дестабилизирующих факторов. Работа Д-триггера 4р сводится к следующему. При наличии на его тактовом входе перепада единица-ноль прямой выход сохраняет предыдущее состояние, а при перепаде ноль-единица — принимает состояние информационного входа. Поэтому на

45 прямом входе триггера 9 в момент времени t4 (см. фиг. 2 и). и на прямом выходе триггера 10 в момент времени t> (см. фиг. 2 ж) появляются логическая единица.

Напряжение инверсных выходов триггеров 9 и 10 показаны на фиг, 2 к и з соответственно.

Таким образом, при наличии логической единицы на неинвертирующем выходе триггера 9 свидетельствует о переходе температуры объекта верхнего предела задания (см. фиг. 2 и), а наличие логической единицы на инверсном выходе триггера 10 — о переходе температуры объекта нижнего предела задания (см. фиг. 2 з). Наличие же логической единицы на выходе элемента 13 совладения свидетельствует о том, что контролируемая температура ложит В зоне задания температуры верхнего и нижнего пределов.

В момент времени с цикл Работы устРойства повторяется. Если в качестве терморезистора 1 рассматривать терморезистор с положительным температурным коэффициентом сопротивления, то при увеличении температуры длительность импульса увеличивается и наоборот. В таком случае в интервале

Ремени tq tg F2. t (cM фиг. 2 r) показано понижение температуры контролируемого объекта и соответствующие изменения в работе элементов устройства, причем в интервале t ...t> температура не выходит из зойы нечувствительности. В интервале времени t показано повышение температуры контролируемого объекта и изменение величины температуры верхнего и нижнего предела, которые осуществляются, например изменением номинальных величин емкостей 19 и 20 формирователей 11 и 12.

Сигналы с прямого выхода триггера 9, инверсного выхода триггера 10 и выхода элемента 13 совпадения поступают на исполнительный орган 14, где производится необходимая обработка информации.

Данное устройство может быть использовано как для контроля, так и для регулирования температуры. В последнем случае исполнительная часть по сигналам с выходов триггеров 9 и 10 воздействует на объект контроля, нагревая или охлаждая его.

Введение в устройство конденсатора, соединенного с терморезистором, электронных ключей с генератором импульсов, нуль-органа, триггеров и элемента совпадения, а также выполнение задатчиков температуры верхнего и нижнего пределов в виде формирователей импульсов позволяет повысить

I. точность контроля. температуры. Применение в устройстве высокочувствительного нуль-органа позволяет снизить погрешность за счет нагрева измерительным током термореэистора, так как в этом случае можно использовать источник низкого напряжения.

Устройство для регулирования температуры, содержащее термочувствительный элемент, например, терморезистор, источник опорного напряжения, задатчики температуры верхнего и нижнего пределов и исполнительный орган, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности устройст ва, оно содержит накопительный элемент, например конденсатор, подключенный параллельно терморезистору, электронные ключи, генератор импульсов, нуль-орган, триггеры и элемент

796813

Фиа2 совпадения, а задатчнки темнературы верхнего и нижнего пределов выполнены в виде формиРователей импульсов, причем первый выход генератора импульсов соединен с управляющим входом первого ключа, через который конденсатор подключен к источнику опорного напряжения, и с управляющим входом второго ключа, подключенного ко входу нуль-органа, а второй выход генератора импульсов связан с управляющим входом третьего ключа, через который конденсатор подключен ко входу нуль-органа, выход которого соединен со входами формирователей

Тираж 949 Подписное

Филиал ППП "Патент", r.Ужгород;ул.Проектная,4 импульсов и информационными входами триггеров, тактовые входы которых соединены с выходами соответствующих формирователей импульсов, одни выходы триггеров соединены со входами исполнительного органа непосредственно, а другие — через элемент совпадения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 332514, кл. Н 01 Н 61/00.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 463952, кл. G 05 D 23/19, 1974 (прототип).