RU1819012C - Temperature controller - Google Patents

Abstract

FIELD: temperature control in closed space. SUBSTANCE: controller has heat-sensing bridge 3, first comparator 4, switching element 9, triac 1, heating element 2, resistive voltage divider 6,7, power supply 13 with power buses 14,15, and newly introduced voltage limiter 5, second comparator 8, second switching element 10, resistor 11, capacitor 12; power supply is provided with bipolar output. EFFECT: improved accuracy of desired temperature stabilization, reduced radio noise level in supply mains, improved reliability of controller. 4 dwg

Description

Изобретение относится к системам регулирования температуры в замкнутом объеме и может быть использовано в прецизионных термостатах, в частности, для регулирования и поддержания стабильной температуры в электронных и гироскопических блоках, а также в бытовых электронагревательных приборах. The invention relates to closed-loop temperature control systems and can be used in precision thermostats, in particular, to control and maintain a stable temperature in electronic and gyroscopic units, as well as in household electric heating devices.

Целью изобретения является повышение точности стабилизации заданной температуры, снижение уровня радиопомех в сети питания, повышение надежности устройства. The aim of the invention is to increase the accuracy of stabilization of a given temperature, reduce the level of radio interference in the power supply network, increase the reliability of the device.

На фиг.1 представлена структурная схема устройства для регулирования температуры; на фиг. 2 временная диаграмма работы устройства; на фиг.3 схема источника питания; на фиг.4 вариант принципиальной схемы термочувствительного моста. Figure 1 presents the structural diagram of a device for controlling temperature; in FIG. 2 timing diagram of the device; figure 3 diagram of the power source; figure 4 is a variant of the circuit diagram of the thermosensitive bridge.

Устройство для регулирования температуры содержит симистор 1, нагревательный элемент 2, термочувствительный мост 3, первый компаратор 4, ограничитель напряжения 5, первый и второй резисторы 6, 7, составляющие делитель напряжения, второй компаратор 8, первый токовый ключ 8, второй токовый ключ 10, формирователь импульсов допуска на третьем резисторе 11 и разделительном конденсаторе 12, источник питания 13, шины 14, 15 источника питания переменного тока, резистор-задатчик температуры 16, терморезистор 17, четвертый, пятый резисторы 18, 19. The temperature control device comprises a triac 1, a heating element 2, a heat-sensitive bridge 3, a first comparator 4, a voltage limiter 5, first and second resistors 6, 7, comprising a voltage divider, a second comparator 8, a first current switch 8, a second current switch 10, a tolerance pulse shaper on the third resistor 11 and the isolation capacitor 12, the power supply 13, the bus 14, 15 of the AC power source, the temperature setting resistor 16, the thermistor 17, the fourth, fifth resistors 18, 19.

Источник питания 13 (фиг.3) содержит гасящий конденсатор 13.1, стабилитрон 13.2, 13.3, выпрямительные диоды 13.4, 13.5, конденсаторы 13.6, 13.7. The power source 13 (figure 3) contains a quenching capacitor 13.1, a zener diode 13.2, 13.3, rectifier diodes 13.4, 13.5, capacitors 13.6, 13.7.

На фиг.2 обозначено: а напряжение на входных шинах 14, 15. б график изменения температуры; в напряжение на входе первого компаратора; г напряжение на выходе первого компаратора; д напряжение на входе второго компаратора; е напряжение на выходе второго компаратора 8; ж импульсы на управляющем электроде симистора 1; з напряжение на нагревательном элементе. Figure 2 indicates: a voltage on the input busbars 14, 15. b graph of temperature changes; the voltage at the input of the first comparator; g voltage at the output of the first comparator; d voltage at the input of the second comparator; e voltage at the output of the second comparator 8; Well pulses on the control electrode of triac 1; h voltage on the heating element.

Термочувствительный мост 3, содержит (фиг.4) первый регулировочный резистор 20, шестой резистор 21, второй регулировочный резистор 22, седьмой резистор 23. The heat-sensitive bridge 3 contains (Fig. 4) a first adjustment resistor 20, a sixth resistor 21, a second adjustment resistor 22, and a seventh resistor 23.

Устройство для регулирования температуры работает следующим образом. A device for controlling the temperature is as follows.

При подаче напряжения питания нагревательный элемент 2 не включен, терморезистор 17 измеряет температуру объекта, которая меньше заданной (фиг. 2, б) с помощью резистора-задатчика температуры 16, при этом на вход первого компаратора 4 с диагонали моста 3 поступает такое напряжение (фиг.2,в) что компаратор 4 устанавливается в состояние отрицательного насыщения (фиг.2,г). When the supply voltage is supplied, the heating element 2 is not turned on, the thermistor 17 measures the temperature of the object, which is less than the set value (Fig. 2, b) using a temperature resistor-setter 16, while such a voltage is applied to the input of the first comparator 4 from the diagonal of the bridge 3 (Fig. .2, c) that the comparator 4 is set to a state of negative saturation (figure 2, g).

Ограничитель напряжения 5 не пропускает это напряжение на выход, образуя на выходе высокий импеданс. Переменное напряжение, поступающее на делитель из резисторов 6, 7 с точки их соединения поступает на неинверсный вход второго компаратора 8 (фиг.2,д) и на его выходе формируются прямоугольные двухполярные импульсы с крутыми фронтами (фиг.2,е), с частотой входного напряжения (фиг. 2, а). По положительному фронту этих импульсов открывается транзистор 9, а по отрицательному фронту транзистор 10. Импульс выходного тока через ограничительный резистор 11 и конденсатор 12 поступает на управляющий электрод симистор 1 (фиг.2,ж) и открывает симистор 1 по цепи анод-катод, падение напряжения на симисторе уменьшается до значения, близкого к нулю. Таким образом, нагревательный элемент 2 подключается к шинам питания 14, 15 и по нему протекает ток, нагревая элемент 2 (фиг.2,з). The voltage limiter 5 does not pass this voltage to the output, forming a high impedance at the output. The alternating voltage supplied to the divider from the resistors 6, 7 from the point of their connection is supplied to the non-inverse input of the second comparator 8 (Fig. 2, e) and rectangular bipolar pulses with steep edges are formed at its output (Fig. 2, f), with a frequency input voltage (Fig. 2, a). A transistor 9 opens on a positive front of these pulses, and a transistor 10 opens on a negative front. An output current pulse passes through a limiting resistor 11 and a capacitor 12 to the control electrode triac 1 (figure 2, g) and opens triac 1 through the anode-cathode circuit, drop voltage on the triac decreases to a value close to zero. Thus, the heating element 2 is connected to the power bus 14, 15 and current flows through it, heating the element 2 (Fig.2, h).

При снижении положительной полуволны напряжения до нуля симистор 1 выключается по аноду. When reducing the positive half-wave voltage to zero, the triac 1 is turned off by the anode.

При отрицательной полуволне напряжения питания аналогично включается транзистор 10 и через резистор 11 и конденсатор 12 импульс по отрицательному фронту включает симистор 1 по цепи управления, включая нагревательный элемент 2. With a negative half-wave of the supply voltage, the transistor 10 is likewise turned on and through the resistor 11 and the capacitor 12, the pulse along the negative edge turns on the triac 1 along the control circuit, including the heating element 2.

На следующих положительной и отрицательной полуволнах напряжения питания процесс включения и выключения симистора 1 повторяется. On the following positive and negative half-waves of the supply voltage, the process of turning on and off the triac 1 is repeated.

Нагревательный элемент 2 нагревает объем, в котором терморезистор 17 измеряет температуру до тех пор, пока сопротивление терморезистора 17 не увеличится так, что термочувствительный мост 3 разбалансируется, и компаратор 4 установится в состояние положительного насыщения (фиг.2,н). The heating element 2 heats the volume in which the thermistor 17 measures the temperature until the resistance of the thermistor 17 increases so that the temperature-sensitive bridge 3 is unbalanced and the comparator 4 is set to positive saturation (Fig. 2, n).

Ограничитель напряжения 5 пропускает положительный потенциал на вход второго компаратора 8, который входит в положительное насыщение и этим отключается от воздействия входного переменного напряжения с резисторов 6, 7. Транзистор 9 включается на время переходного процесса заряда конденсатора 12 и затем отключается, отключая цепь управления симистора 1. Симистор 1 закрывается, на нем падает все напряжение питания (фиг.2,з), и ток через нагревательный элемент 2 не протекает, нагревательный объем остывает. Через некоторое время температура, измеряемая терморезистором 17, понизится до величины, при которой компаратор 4 устанавливается в состояние отрицательного насыщения, и вновь начинается процесс нагрева (фиг.2,б). The voltage limiter 5 passes the positive potential to the input of the second comparator 8, which enters into positive saturation and thereby disconnects from the influence of the input AC voltage from the resistors 6, 7. The transistor 9 turns on during the transient charge of the capacitor 12 and then turns off, disconnecting the control circuit of the triac 1 Triac 1 closes, all the supply voltage drops on it (Fig. 2, h), and the current does not flow through the heating element 2, the heating volume cools down. After some time, the temperature measured by the thermistor 17 will drop to a value at which the comparator 4 is set to a state of negative saturation, and the heating process starts again (figure 2, b).

Предлагаемое устройство имеет повышенную точность поддержания заданной температуры за счет постоянного двуполярного стабильного напряжения питания термочувствительного моста и компараторов. Погрешность стабилизации температуры составляет 0,012% повышенную надежность работы за счет формирования порогового отпирания симистора симметричными токовыми ключами, которые обеспечивают симметричный импульсный ток управления включением симистора при минимальном анодном напряжении, уменьшение времени включения и малое падение напряжения на симисторе; сниженный уровень радиопомех в сети питания за счет симметричного включения и выключения симистора на положительной и отрицательной полуволнах питающего напряжения импульсами тока в момент перехода кривой напряжения питания через нуль, что практически исключает наличие радиопомех в сети питания, исключает постоянную составляющую в сети питания и позволяет повысить КПД устройства; не создает в сети питания постоянной составляющей тока за счет полной симметрии включения симистора токовыми ключами в импульсном режиме. The proposed device has increased accuracy of maintaining a given temperature due to the constant bipolar stable voltage supply of the thermosensitive bridge and comparators. The error of temperature stabilization is 0.012% increased reliability due to the formation of the threshold unlocking of the triac by symmetric current keys, which provide a symmetrical pulse current to control the tripping of the triac at a minimum anode voltage, reducing the on-time and a small voltage drop across the triac; reduced level of radio noise in the power supply network due to the symmetric switching on and off of the triac on the positive and negative half-waves of the supply voltage by current pulses at the moment of the transition of the supply voltage curve through zero, which virtually eliminates the presence of radio interference in the power supply network, eliminates the constant component in the power supply network and allows to increase the efficiency devices It does not create a constant current component in the power supply network due to the complete symmetry of switching on the triac by current switches in a pulsed mode.

Claims (2)

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ, содержащее термочувствительный мост с последовательно соединенными задатчиком температуры в одном плече и терморезистором в другом плече, первый компаратор, входами подключенный к измерительной диагонали термочувствительного моста, резистивный делитель напряжения, первый токовый ключ на p - n - p-транзисторе, положительно соединенные симистор, управляющим электродом подключенный к выходу формирователя импульсов запуска, и нагревательный элемент, подключенные к шинам питания, источник питания, отличающееся тем, что, с целью повышения точности стабилизации заданной температуры, снижения уровня радиопомех в сети питания и повышения надежности, в устройство введены ограничитель напряжения, входом подключенный к выходу первого компаратора, второй компаратор, первым входом соединенный с общим выводом резистивного делителя напряжения и выходом ограничителя напряжения, а вторым входом - с шиной источника питания, второй токовый ключ на n - p - n-транзисторе, база которого объединена с базой p - n - p-транзистора и подключена к выходу второго компаратора, эмиттер - с эмиттером p - n - p-транзистора и подключен к входу формирователя импульсов запуска, шины питания подключены к первому и второму входам источника питания и выводам резистивного делителя напряжения, а первый и второй выводы источника питания подключены к входа питания термочувствительного моста, входам питания первого и второго компараторов и коллекторам p - n - p- и n - p - n-транзисторов токовых ключей. 1. TEMPERATURE CONTROL DEVICE, comprising a temperature-sensitive bridge with a temperature setter connected in series in one arm and a thermistor in the other arm, a first comparator, inputs connected to the measuring diagonal of the temperature-sensitive bridge, a resistive voltage divider, the first current switch on the p - n - p transistor positively connected by a triac, a control electrode connected to the output of the trigger pulse shaper, and a heating element connected to the power buses, the power source I, characterized in that, in order to increase the accuracy of stabilization of a given temperature, reduce the level of radio noise in the power supply network and increase reliability, a voltage limiter is introduced into the device, an input connected to the output of the first comparator, a second comparator, the first input connected to the common output of the resistive voltage divider and the output of the voltage limiter, and the second input - with the bus of the power source, the second current switch on the n - p - n-transistor, the base of which is combined with the base of the p - n - p-transistor and connected to the WTO output hi comparator, the emitter with the emitter of the p - n - p transistor and connected to the input of the trigger pulse shaper, the power bus is connected to the first and second inputs of the power supply and the terminals of the resistive voltage divider, and the first and second conclusions of the power supply are connected to the power input of the thermosensitive bridge, power inputs of the first and second comparators and collectors p - n - p - and n - p - n-transistors of current keys. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что источник питания содержит первый конденсатор, соединенный одной обкладкой с первым входом источника питания, а другой обкладкой - с анодами первого стабилитрона и первого диода и катодом второго диода, катод первого стабилитрона соединен с катодом второго стабилитрона, анод которого соединен с вторым входом источника питания и обкладками второго и третьего конденсаторов, вторые обкладки которых соответственно соединены с катодом первого и анодом второго диодов, общие выводы которых являются выводами источника питания. 2. The device according to claim 1, characterized in that the power source contains a first capacitor connected by one plate to the first input of the power source, and the other plate - with the anodes of the first zener diode and the first diode and the cathode of the second diode, the cathode of the first zener diode is connected to the cathode of the second a zener diode, the anode of which is connected to the second input of the power source and the plates of the second and third capacitors, the second plates of which are respectively connected to the cathode of the first and the anode of the second diodes, the common conclusions of which are power supply odes.