SU1024891A1 - Устройство дл регулировани температуры - Google Patents

Abstract

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ, содержащее последовательно соединенные термочувствительный мост, дифференциальный усилитель посто нного тока, усилитель мощности , выход которого соединен с эмиттером однопереходного транзистора, выполн ющего функции элемента сравнени , причем перва  база однопереходного транзистора через первый резистор соединена с базой транзистора формировател  сигнала управлени  силовыми тиристорами, включенными последовательно с нагревателем в цепьпеременного тока, а втора  база через второй резистор - с плюсовой шиной питани , а также мостовой выпр митель , стабилизаторы положительного и отрицательного напр жени , транзисторный ключ, через который выход стабилизатора положительного напр жени  соединен с плюсовой шиной питани , и каскад след щей обратной сб зи, состо щий из маломощного ти:ристора ,делител  напр жени  со сглаживающим фильтром и индикатора среднего значени  напр жени  на нагревателе , о т Л и ч а ю щ е е с   тем, что, с целью повышени  точности устройства , катод маломощного тиристора св зан через разделительный конденсатор с коллектором транзистора формировател  сигнала управлени  силовыми тиристорами и через диод - с отрицательным полюсом мостового выпр мител , к которому через третий резистор подключен управл ющий элект- , род маломощного тиристора, анод ко- ) торого через делитель напр жени  и сглаживающий фильтр подключен к неинвертирующему входу дифференциального усилител и через индикатор среднего значени  напр жени  на нагревателе - к общей шине, а через четвертый резистор - к управл ющему входу транзисторного ключа, .св занному через п тый резистор с положительным полюсом мостового выпр мител , а через шестой резистор - с вы-. ходом стабилизатора отрицательного напр жени , состо щего из последовательно соединенных стабилитрона, диода и шестого резистора, причем точка соединени  седьмого резистора и диода соединена с .первой базой одноп реходного транзистора.

Description

Изобретение относитс  к устройствам , регулирующим температуру различных объектов путем автоматического управлени  электрической мощностью подводимой к нагревателю.

Известны регул торы температуры, используемые, например, в хроматографических анализаторах ij .

Однако эти регул торы сложны по конструкции и обладают невысокой точностью.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности  вл етс  регул тор , содержащий последовательно соединенные термочувствительный мост усилитель посто нного тока, усилитель мощности, элемент сравнени , формирователь сигнала управлени  тиристорами и тиристорный регулирующий элемент, через который к источнику переменного напр жени  подключен нагреватель, а также мостовой выпр митель, параметрический стабилизатор напр жени  и нелинейный опорный делитель, через который подводитс  питание к элементу сравнени . Наличие такого делител .позвол ет повысить точность поддержани  згаданной температуры за счет частичной компенсации вли ни  колебаний напр жени  питающей сети 2 .

Недостатком данного устройства  вл етс  большой разброс характеристик варисторов , вход щих э состав нелинейного опорного делител , что вынуждает вводить в делитель элемент регулировки - подстроечный резистор, Наличие этого элемента снижает надежность устройства, усложн ет настройку и повышает ее трудоемкость. Кроме того, форма характеристики варистора не позвол ет добитьс  полной компенсации, в результате чего вли ние колебаний напр жени  питани  лишь ослабл етс , но не устран етс  полностью. В этом устройстве не устран етс  также вли ние других деста .. билизирующих факторов, в частности дрейфа усилител  посто нного тока.

Перва  база однопереходного транзистора элемента сравнени  соединена непосредственно с базой транзистора формировател  сигнала управлени  тиристорсили, причем эмиттерный переход этого транзистора зашунтированрезистором . Этот резистор не может быть высокоомным во избежание отпирани  транзистора формировател  междубазовым током запертого однопереходного транзистора, В то же

врем  малое значение сопротивлени  этого резистора ограничивает мощность и длительность импульсов на вы ходе формировател , которые, в р де случаев могут оказатьс  недостаточными дл  управлени  мощными тиристорами . Питание элемента сравнени 

осуществл етс  от параметрического

стабилизатора напр жени  и выпр мительного моста напр жением трапецеидальной формЫу что ограничивает динамический диапазон регулировани  (отношение максимального напр жени  на нагревателе к .минимальному в лине(}ной области характеристики),

Кроме того, при больших углах открыти  ток эмиттера однопереходного транзистора может оказатьс  больше тока удержани . При этом однопереходной транзистор остаетс  открыты до конца полупериода, останетс  открытым также полностью или, что еще хуже - частично транзистор формировател  сигнала управлени  тиристорами , что может вызвать его недопустимую перегрузку по мощности.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности устройства.

Поставленна  цель достигаетс-  тем, что в устройстве дл  регулировани  температуры, содержащем последовательно соединенные термочувствительный мост, дифференциальный усилитель посто нного тока, усилитель мощности, выход которого соединен с эмиттером однопереходного транзистора , выполн ющего функции элемента сравнени , причем перва  база Однопереходного транзистора через первый резистор соединена с базой транзистора фОЕ лировател  сигнала управлени  силовьоли тиристорами, включенными последовательно с нагревателем в цеп переменного тока, а втора  база через второй резистор - с плюсовой шиной питани , а также мостовой выпр митель , стабилизаторы положительного и отрицательного напр жени , транзисторный ключ,через который выход стабилизатора положительного напр жени  соединен с плюсовой шиной питани , и каскад след щей обратной св зи, состо щий из маломощного тиристора , .делител  напр жени  со сглаживающим фильтром и индикатора среднего значени  напр жени  на нагревателе , катод маломощного тиристора св зан через разделительный конденсатор с коллектором транзистора формировател  сигнала управлени  силовыми тиристорами и через диод - с отрицательным полюсом мостового выпр мител , к которому, черкез третий резистор подключен управл ющий электрод маломощного Тиристора, анод которого через делитель напр жени  и сглаживающий фильтр подключен к неинвертирующему входу дифференциального усилител  и. через индикатор среднего значени  на нагревателе к общей шине, а через четвертый резистор - к управл ющему вхбду транзисторного Ключа, св заннсалу через п тый резистор с положительном полю сом мостового выпр мител , а через шестой резистор - с выходом стабили- затора отрицательного напр жени , состо щего из последовательно соединенных стабилитрона, диода и шестого оезистора, причем точка соединени  седьмого резистора и диода соединена с первой базой однопереходного транзистора , На чертеже представлена схема устройства. Предлагаемое устройство содержит термочувствительный мост 1, образованный задатчиками 2, термометром сопротивлени  3 и двум  посто нными резисторами 4, соединен с источником посто нного напр жени  5. Измеритель на  диагональ термочувствительного моста через резисторы 6. и 7 подключена к входам дифференциального усилител  посто нного тока 8, Выход усилител  соединен с входом усилител  мощности, выполненным в виде эмит терного повторител  на транзисторе 9. Эмиттер этого транзистора через диод 10 соединен с конденсатором 11 и эмиттером однопереходного транзистора 12, выполн ющего функции элемента сравнени . Эмиттер транзистора 9, а также эмиттер и втора  база транзистора 12 соединены через резисторы 13 и 14 и второй резистор 15 с плюсовой шиной питани  16, Пер ва  база транзистора 12 через первый резистор 17 соединена с базой транзистора 18 формировател  сигнала управлени  силовыми тиристорами.. К коллектору этого транзистора присоединен один конец первичной обмотки импульсного трансформатора 19, Второй конец первичной обмотки через резистор .20 соединен с конденсатором 21, и через диод 22 - с положительньил полюсом мостового выпр мител  23 Вторична  обмотка импульсного трансфоЕматора 19 соединена с цеп ми управлени  СИЛОВЫХ тиристоров 24 и 2S тиристорного регулирующего элемента 26, через который к источнику Переменного .напр жени  27 подключен нагреватель 28, расположенный в Термог статируемом объеме 29, Плюсова  шина питани  16 соединен с выходоы стабилизатора положительного напр жени  30 через транзисторный ключ 31. Управл ющий вход этого транзисторного ключа через п тый резистор 32 соединен с положительньм полюсом мостового выпр мител  23 через шесфой резистор 33 - с выходом стабилизатора отрицательного нгшр жени  34, а через четвертый реаистор 35- с анодом маломощного тиристора 36каскада след щей обратной.св зи 37. Катод этого тиристора через диод 38 соединен q от ; ицательным п6люсом мостового выпр мител  23/ а через конденсатор 39 - с коллектором транзистора 18 формировател  сиг нала управлени  силовьми тиристорами Управл ющий электрод тиристора 36 через третий резистор 40 соединен также с отрицательным полюсом мостового выпр мител  23. Анод тиристора 36 помимо уже упоминавшейс  св зи ,через резистор 35 с входом транзисторного ключа 31 соединен также с индикатором 41 среднего напр жени  на нагревателе, в качестве которого может быть использован любой измерительный прибор, сигнальна  тламйа и т.п., а через фильтр-делитель напр жени  42 с одним из входов дифференциального усилител  посто нного тока 8. Стабилизатор отрицательного напр жени  34 выполнен в виде последовательно соединенных стабилитрона 43 диода 44 и седьмого резистора 45, соединенного с конденсатором 46 и через диод 47 с отрицательным полюсом мостового выпр мител  23. При этом эмиттер транзистора 18 формировател  сигнала управлени  тиристорами присоединен к параметрическому стабили- затору отрицательного напр жени  34 между стабилитроном 43 и диодом 44, а перва  база однопереходного транзистора 12 между диодом 44 и седьмым гас щим резистором 45. Диагональ питани  мостоврго выпр мител  соединена с. концами вторичной обмотки разделительного трансформатора 48, средн   точка этой .обмотки заземлена, а первична  обмотка соединена с источником переменного напр жени  27. Устройство работает следующим образом . Напр жение небаланса измерительно .го моста 1, пропорциональное величине отклонени  температуры объекта регулировани  29 от заданного значени , поступает через резисторы 6 и 7 на входы усилител  8. На инвертирующий вход усилител  поступает также сигнал обратной св зи от фильтра делител  42, Таким образом, на входе усилител  действует разность сигнала небаланса измерительного моста и сигнала обратной св зи. Усиленный разностный сигнал поступает на вход усилител  мощности - базу транзистора 9. Питание усилител  мощности и схемы сравнени  на однопереходном транзисторе 12 Осуществл етс  близким к пр моугольному напр жением, формируемшд транзисторным ключом 31, Величины резисторов 32 и 22 рассчитаны таким образом, что транзисторный ключ открыт в течение почти всего полупериода . При этом выходное напр жение стабилизатора 30 беспреп тственно проходит к плюсовой шине питани  16 усИлктел  мощности и элемента срав- : нени , В конце полупериода, дсогда нешр Жение мостового выпр мител  23 приближаетс  к нулю, ток через резистор 32 делаетс  меньше, чем ток через резистор 33, оба транзистора транзисторного ключа 31 запираютс , и напр жение на шине 16 делаетс  рав ным нулю. В это врем  оба перехода транзистора 9 закрыты, конденсатор 1 разр жен ,поскольку зашунтирован открытым переходом транзистора 12. В начале следующего полупериода, когда с ростом напр жени  мостового выпр мител  23 транзисторный ключ 31 от (ПираетсЯг и на шине 16 по вл етс  стабилизированное положительное напр жение параметрического стабилизатора 30, транзистор 9 начинает работать как эмиттерный повторитель« Пе реход транзистора 12 запираетс  через диод 10, конденсатор 11 очень быстро зар жаетс  до напр жени / .приблизительно равного напр жению на выходе усилител  8. Дальнейший зар д конденсатора происходит экспо ненциально через резистор 14, Диод 10 при этом запираетс , когда напр  жение достигнет величины отпирани  однопереходного транзистора 12, про исходит быстрый разр д конденсатора 11. Импульс разр дного тока через резистор 17 проходит в базу транзис тора 18, усиливаетс  им и через импульсный трансформатор 19 поступает в управл ющие цепи силовых тиристо ров 24 и 25 тиристорного регулирующего элемента 26. Врем  зар да кондё .нсатора 11 до напр жени  отпирани транзистора 12 зависит от напр жени , до которого конденсатор зар жаетс  в канале полупериода через усилитель мощности, т«е, от напр же ни  на в.ыходе усилител  8 Если это напр жение больше напр жени  отпира ни  транзистора 12, последний отопретс  в самом .начале полупериода, как только зар дитс  конденсатор 11 При этом силовые тиристоры 24 и 25 также отпираютс  в самом начале каж дого полупериода и мощность, вьдел ема  в нагревателе, будет максимальней . Если напр жение на выходе усилител  8 меньше некоторой опреде ленной величины, конденсатор 11 воо ще не успевает зар дитьс  до напр жени  отпирани  транзистора 12 за врем  полупериода. В этом случае разр д происходит в момент исчезновени  напр жени  на -шине 1б в конце полупериода, когда благодар  отсутствию междубазового напр жени  откроетс  эмиттерный переход транзистора 12. Поскольку в этот момент сетевое напр жение проходит через нуль, силовые тиристоры 24 и-25 не отпираютс , и мощность, выдел ема  в нагревателе, ргшна нулю. В промежуточных значени х напр жени  выход усилител  8 мощность, выдел ема  в нагревателе, функционально св зана с этим напр жением Благодар  высокой .крутизне фронтов и близкой к ед нице скважности импульсов напр жени , формируемых транзисторным ключом 31 на шине 16, диапазон плавно регулируемой мощности нагревател  близок к предельно возможному: от нул  и до мощности, соответствующей полному напр жению питающей сети.. В момент отпирани  транзистора 12 ток разр да конденсатора 11 насыщает транзистор 18. Напр жение на его коллекторе падает от напр жени  конденсатора 21 до выходного напр жени  стабилизатора отрицательного напр жени  34. При этом импульс тока перезар да конденсатора 39 отпирает маломощный тиристор 36 каскада след щей обратной св зи. Через диод 38 катод этого тиристора св зан с отрицательным полюсом мостового выпр мител  23,питаемого через трансформатор 48 от того же источника 27 переменного напр жени , что и нагреватель. Благодар  этому среднее напр жение на аноде тиристора 36 зависит от фазы управл ющего импульса и от напр жени  сети точно таким же образом,как и среднее за полупериод напр жение на нагревателе 28. Часть этого напр жени , поделенного и сглаженного фильтром-делителем 42, поступает на неинвертирующий вход усилител  8. Таким образрм, все устройство оказываетс  охваченным глубокой отрицательной обратной св зью по величине среднего за полупериод напр жени  на нагревателе , в результате чего устройство непрерывно поддерживает равенство величин сигнала обратной св зи на выходе фильтра-делител  42 и небаланса измерительного MbdTa. Поскольку,, как уже указывалось, сигнал обратной св зи жестко св зан с напр жением нагревател , можно утвер одать, что среднее напр жение нагревател  пр мо пропорционально небалансу моста и не зависит ни от коэффициента усилени  усилител  8 и других элементов схемы, ни от напр жени  сети (в пределах зоны пропорционального регулировани ) . Высока  линейность характеристики и полное.устранение вли ни  величины питающего напр жени  на напр жение нагревател  обеспечивают повышение качества и точности регулировани  температуры и отсутствие колебаний температуры при скачкообразных изменени х напр жени  сети. Кроме того, наличие каскада след щей обратной св зи, гальванически не св занного с сетью, обеспечивает удобную возможность индикации среднего напр жени  на нагревателе Стабилизатор отрицательного напр жени  введен в устройство дл  согласовани  уровней на выходе усилител  8 и на эмиттере транзистора 12, Наличие этого стабилизатора дает возможность .простые способом существенно повысить мощность и длительность импульса в коллекторной цепи транзис тора 18. Эта возможность реализуетс  включением между первой базой транзистора 12 и эмиттером транзистора 18 диода 44, через который в пр мом направлении проходит ток стабилитрона 43. Падение напр жени  пор дка 0,5 В на открытом переходе диода обеспечивает надежное запирание перехода транзистора 18. В то же врем  при отпирании транзистора 12 практически весь зар д конденсатора 11 попадает в базу транзистора 18, поскольку значение резистора 17 много меньше значени  резистора 45. Наличие резистора 17 позвол ет раст нуть (Процесс разр да конденсатора 11 и значительно увеличить, таким образом, длительность.и энергию импульсов на вторичных обмотках импульсного транс форматора 19. Величина резистора 13 должна быть выбрана достаточно малой, чтобы обеспечить возможно большую скорость зар да конденсатора 11 в начале полу периода. При этом ток через резистор превышает гарантированное минимальное значение тока удержани  транзистора 12. Это означает, что после его отпирани  он может не закрытьс  до окончани  полупериода. При этом резко возрастает средн   величина коллекторного тока транзистора 18 и мощность, рассеиваема  в транзисторд и в резисторе 20. Устранение перегрузки транзистора 18, св заннее с этий повышение надеж ноети и снижение энергопотреблени  достигаютс  введением резистора 35 ме дау входом транзисторного ключа и анодом тиристора 36 вспомогательного тиристорного каскада 37. Напр жение отрицательного noJDoca мостового выпр мител  23 мен етс  во времени симметрично напр жению, его положительного полюса. В любой момент времени эти напр жени  равны по абсолютной величине и противоположны по знаку Величины резисторов 32 и 35 выбраны таким образом, что при отпирании тиристо а 36 транзисторный ключ 31 запираетс , транзисторы 9 и 12 обесточиваютс , и транзистор 18 запираетс . Таким образом, путем введени  ГПУ боиой отрицательной обратной св зи по среднему за полупериод напр жению на нагревателе обеспечиваетс  полное устранение вли ни  колебаний питающего напр жени  на величину напр жени  нагревател , что ведет к устранению колебаний температуры при резких , скачкообразных изменени х напр жени  сети и в конечном счете - к повышению точности и достоверности хроматографического. анализа. Получаемый а счет той же отрицательной обратной св зи эффект линеаризации регулировочно й характеристики улучшает переходные процессы и сокращает их длительность, что особенно важно при использовании предлагаемого устройства в системах программировани  и температуры и приводит к тому же результату - повышению точности анализа. Отсутствие в схеме регулировочных элементов исключает необходимость настройки и снижает тем самым трудоемкость его изготовлени , что дает непосредственными экономический эффект. Наконец, повышение мощности управл ющих импульсов, расширение динамического диапазона регулировани , наличие индикатора среднего напр жени  на нагрузке и защиты транзистора фор- ировател  обеспечивают улучшение эксплуатационных характеристик предагаемого устройства и расширение обЛасти его применени .

Claims (1)

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ, содержащее последовательно соединенные термочувствительный мост, дифференциальный усилитель постоянного тока, усилитель мощности, выход которого соединен с эмиттером однопереходного транзистора, выполняющего функции элемента сравнения, причем первая база однопереходного транзистора через первый резистор соединена с базой транзистора формирователя сигнала управления силовыми тиристорами, включенными последовательно с нагревателем в цепь переменного тока, а вторая база через второй резистор - с плюсовой шиной питания, а также мостовой выпрямитель, стабилизаторы положительного и отрицательного напряжения, транзисторный ключ, через который выход стабилизатора положительного напряжения соединен с плюсовой шиной питания, и каскад следящей обратной связи, состоящий из маломощного тиристора, делителя напряжения со сглаживающим фильтром и индикатора среднего значения напряжения на нагревателе , отличающееся тем, что, с целью повышения точности устройства, катод маломощного ^тиристора связан через разделительный конденсатор с коллектором транзистора формирователя сигнала управления силовы ми тиристорами и через диод - с отрицательным полюсом мостового выпрямителя, к которому через третий резистор подключен управляющий электрод маломощного тиристора, анод которого через делитель напряжения и сглаживающий фильтр подключен к неинвертирующему входу дифференциального усилителя и через индикатор среднего значения напряжения на нагревателе - к общей шине, а через четвертый резистор - к управляющему входу транзисторного ключа, связанному через пятый резистор с положительным полюсом мостового выпрямите* * ля, а через шестой резистор - с выходом стабилизатора отрицательного напряжения, состоящего из последовательно соединенных стабилитрона, диода и шестого резистора, причем точка соединения седьмого резистора и диода соединена с.первой базой однопереходного транзистора.