Регулятор температуры

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„ 29 ) (50 4 С 05 Р 23/19

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

Н А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3851616/24-24 (22) 25.01. 85 (46) 28.02. 87. Бюл. У 8 (71) Научно-исследовательский и экспериментальный институт автомобильного электрооборудования и автоприборов (72) В.И. Флерин и Л.M. Регельсон (53) 621.555.6(088.8) (56) Патент США Р 3553429, кл. 219 — 497, 1968.

Патент США М 3903393, кл. 2 19-497, 1975. (54) РЕГУЛЯТОР ТЕМПЕРАТУРЫ ,(57) Изобретение относится к дискрет— ному регулированию температуры с

1 помощью балансных схем, в .частности к регулированию температуры в салоне автомобиля высшего класса. Цель .изобретения — упрощение устройства.

Изобретение позволяет упростить двухпороговый регулятор (Р) температуры. P одинаково реагирует на температуру окружающей среды, соответ— ствующую двум температурным порогам (ТП) . Один из ТП выше, а другой ниже заданной температуры. При температуре окружающей среды, лежащей между двумя ТП, P находится в состоянии покоя. Величины ТП можно изменять. Дискриминатор температуры 1 содержит три резистивных делителя напряжения и две термочувствительные цепи, каждая из которых обеспечивает срабатывание P на одном из ТП и состоит из терморезистора и регуЪ лируемого опорного резистора.. Под воздействием дискриминатора операционный усилитель 2 отпирает транзисторный усилитель 3 который включает коммутирующий элемент 4.

Включение коммутирующего элемента фиксируется цепью положительной обратной связи 5, чем предотвращают дребезг контактов. коммутирующего элемента. 3 ил.

1?93713

Изобретение относится к дискретному регулированию температуры с помощью балансных схем, в частности к регулированию температуры в салоне автомобиля.

Цель изобретения — упрощение устройства.

На фиг. 1 изображена принципиаль— ная схема регулятора; на фиг. 2 и 3 — упрощенная балансная схема для пояснения работы регулятора на положительном и отрицательном порогах температуры.

На фигурах и в тексте приняты следующие обозначения: U, — напряжение источника питания, V — потенциал относительно "земли" B характерных точках, — ток в цепях схемы, t „ температурный порог срабатывания, К вЂ” сопротивление i-го резистора.

Устройство содержит балансную схему (дискриминатор температуры) 1, дифференциальный операционный усилитель 2 с двухполярным питанием, усилитель 3 мощности неинвертирующего действия, исполнительный элемент 4, например обмотка реле, обеспечивающего дискретное действие регулятора в целом, цепь 5 положительной обратной связи единого дифференциального усилителя образованного усилителями

2 и 3.

Балансная схема 1 состоит из первого делителя напряжения на четырех последовательно включенных элементах

6 — 9. Первый из них (стабилитрон или резистор) 6 подключен к положительной шине питания, а последний (соответственно .резистор.или стабилитрон)

9 — к отрицательной. Второй элемент

7 первого делителя шунтирован делителем напряжения с терморезистором, состоящим из последовательно соединенных друг с другом терморезистора

10 с отрицательным коэффициентом сопротивления и опорного резистора

11, т.е. резистора, подбираемого в процессе изготовления продукции, или переменного резистора, регули— руемого на месте. Этот опорный резистор l1 подключен к третьему элементу 8 первого делителя. Элементы 7 и 8 могут быть резисторами и стабилитронами, являющимися в данном случае функционально эквивалентными элементами. Параллельно третьему элементу 8 первого делителя включен шунтирующий его делитель с терморе40

5

f0 l5

30 эистором, состоящий из последовательно соединенных терморезистора

12 и опорного резистора 13, аналогичных элементам 10 и 11 соответственно. Опорный резистор 13 подклю— чен к четвертому элементу 9 первого делителя. В схему 1 входят также второй и третий делители напряжения, каждый из которых содержит по два последовательно соединенных резистора неодинакового сопротивления.

Резистор 14 второго делителя имеет меньшее сопротивление, чем резистор l5 этого делителя. Резистор 14 подключен к точке соединения терморезистора 12 с опорным резистором 13, а резистор 15 — к положительнойшине питания. Общая точка резисторов 14 и 15 второго делителя подключена к инвертирующему входу дифференциаль— ного 2 и 3 усилителя (усилители).

Резистор 16 третьего (резистивного) делителя имеет меньшее сопротивление, чем резистор 17 этого делителя. Резистор 16 подключен к точке соединения терморезистора 10 с опорным резистором 11. Резистор 17 соединен с отрицательной шиной питания.

Общая точка резисторов 16 и 17 третьего делителя подключена к неинвертирующему входу усилителя 2 — 3. Соединение резистора 17 с отрицательной шиной питания осуществлено через выходное плечо цепи 5 положительной обратной связи для создания гистерезиса. Между выходом усилителя 2 и базой транзистора 18 включен резистор 19, а между базой и эмиттером этого транзистора и положительной шиной питания — резистор 20.

Нагрузочный резистор 21 транзистора 18 подсоединен одним концом к отрицательной шине питания (корпус, земля), а другим — к базе второго транзистора 22 усилителя. Змиттеры обоих транзисторов подключены к положительной клемме источника питания.

В качестве исполнительного элемента 4 использовано коммутирующее электромагнитное реле 23, обмотка которого включена в коллекторную цепь транзистора 22 и зашунтирована диодом 24, включенным анодом на отрицательную клемму источника питания.

Параллельно обмотке реле подключена цепь 5 положительной обратной связи, содержащая делитель напряже1293713

Устройство работает следующим ,образом.

При температуре около +20 С потенциал на инвертирующем входе усилителя 2 несколько больше, чем потенциал на неинвертирующем входе. Поэтому на выходе дифференциального усилителя 2 поддерживается низкий потенциал, транзистор 18 отперт, а транзистор 22 заперт. При этом напряжение на обмотку реле 23 не поступает и оно не срабатывает. При повышении температуры до +27 С сопротивление обоих терморезисторов уменьшается, в связи с чем за счет действия терморезистора 10 потенциал на неинвер50 тирующем входе усилителя 2 становится несколько выше, чем потенциал на его инвертирующем входе, напряжение на выходе дифференциального усилителя увеличивается, транзистор 18

55 запирается, а транзистор 22 отпирается. При этом реле 23 срабатывает.

При температуре окружающей среды

-20 С сопротивление обоих терморе40 ния на резисторах 25 и 26. Резистор

26 подсоединен к отрицательной клемме источника питания, а общая точка резисторов 25 и 26 подключена к резистору 17 третьего делителя 5 напряжения дискриминатора температуры.

Использование устройства на автомобилях преимущественно высшего класса для управления производительностью кондиционера °

В салоне кондиционером поддерживаются комфортные условия. При превышении температуры наружного воздуха +27 С, а также при понижении ее до -20 С устройство обеспечивает переход на максимальную производительность и дополнительный обдув стекол салона для предотвращения их запотевания или обледенения в зависимости бт температуры наружного воздуха.

Наличие двух температурных порогов обусловлено выбором двух соответствующих терморезисторов и подбором опорпых резисторов 13 и 11. При этом опорным резистором 11 и высокотемпературным терморезистором 10 обеспечивают баланс дифференциального усилителя при +27 С, а опорным резистором 13 и низкотемпературным терморезистором 12 обеспечивают баланс диф— ференциального усилителя при -20 С. зисторов становится значительно большим номинального. Это. за счет действия терморезистора 12 приводит к понижению потенциала на инвертирующем входе усилителя 2 по сравнению с потенциалом на неинвертирующем входе и, как следствие этого, к срабатыванию реле 23.

Так как параллельно обмотке реле включена цепь положительной обратной связи, то на резисторе 26 при срабатывании реле возникает напряжение, увеличивающее потенциал на неинвертирующем входе усилителя 2. Это обеспечивает срабатывание и отпускание реле (захват) при заданном температурном пороге и обусловливает некоторый гистереэис, т.е. возвращение устройства в исходное состояние происходит при несколько меньших по абсолютной величине температурах, чем величина порогов срабатывания.

Принятая организация положительной обратной связи не приводит к непостоянству порогов срабатывания, которое могло бы возникнуть при непосредственном подключении цепи положительной обратной связи к выходу усилителя из-за дрейфа остаточного напряжения.

Работоспособность устройства определяется правильным выбором параметров схемы.

Первый делитель напряжения выбирают низкоомным с тем, чтобы при изменениях сопротивлений терморезисторов потенциалы его выходных точек не изменялись. Плечи делителя, которые шунтируются цепями, имеющими последовательно соединенные терморезистор и опорный резистор, должны быть более низкоомными, чем два других плеча, чтобы с первых снимались достаточно малые напряжения, исключающие вызывающий погрешности самонагрев терморезисторов (из условий допустимой мощности рассеивания терморезисторов).

Для обеспечения изменения разности потенциалов на входах дифференциального усилителя получение баланса, а затем требуемого разбаланса этого усилителя необходимо, чтобы одна из термочувствительных цепей (10, 11) работала на положительном о температурном пороге t, ð (в данном случае с„ = +27 С), а другая (12, 13) — на отрицательном темпера129

5 турком пороге (в данном случае

-20 С. Зто обеспечивается пор наличием на положительном температурном пороге небольшой разности между величинами сопротивлений высокотемпературного терморезистора 10 и опорного резистора 11 при сопротивлении низкотемпературного терморезистора

12 значительно меньшем сопротивления опорного резистора 13, а также наличием на отрицательном температурном пороге небольшой разницы между величинами сопротивлений низкотемпературного терморезистора 12 и опорного резистора 13 при сопротивлении высокотемпературного терморезистора

10 значительно большем сопротивления опорного регистра 11.

Максимальная чувствительность устройства на обоих порогах определяется большим входным сопротивлением второго и третьего делителей (14-17) по сравнению с выходным сопротивлением термочувствительных цепей, содержащих терморезистор и опорный резистор, Зто обеспечивается увеличением сопротивлений резисторов делителей, которое ограничивается лишь тем, что выходные сопротивления этих делителей должны быть значительно меньше входного сопротивления усилителя.

Выбором сопротивлений резисторов всех делителей обеспечивается также одинаковое смещение по питанию на входах усилителя, равное примерно половине напряжения источника питания. В связи с этим сопротивление резистора 14 равно сопротивлению резистора 16, а сопротивление резистора 15 — сопротивлению резистора 17.

Выбором резисторов 25 и 26 обеспечивают требуемый коэффициент положительной обратной связи, 3713 очень малое сопротивление терморезисторов 12 по сравнению с сопротивлением опорного резистора 13. Поэтому схема дискриминатора без учета резистора обратной связи может быть с некоторыми допущениями преобразована в упрощенную схему, изображенную на фиг. 2. При этом практически постоянные потенциалы соответствую10 щих точек первого делителя обозначены, y у, а напряжение исз точника питания U . Потенциал в общем случае является потенциалом точки соединения терморезистора 12

15 с вторым опорным резистором 13. В данном случае вследствие соблюдения неравенства R « R М

1Я 13 4 а вследствие соблюдения неравенства

К В шунтирующее действие резис З 8

20 тора R пренебрежимо мало. Потен13 циал точки соединения терморезистора 10 с опорным резистором 11 рар

При +20 С потенциал на инвер6

25 тирующем входе усилителя 2 несколько больше потенциала p, на его неинвертирующем входе. По мере повышения температуры сопротивление терморезистора 10 уменьшается, по30 тенциаЛ 9, и потенциал Ч, на неинвертирующем входе дифференциального усилителя растут. На положительном температурном пороге возникает равенство, = вследствие чего

35 схема срабатывает.

С учетом изложенного

R +R б l7

14 15

Ep Lp К

11

R +R о

45 т 5A> р

6 о о

6 Т

Подбором опорных резисторов 11 и 13 задают температурные пороги устройства, причем, если применять регулируемые опорные резисторы, можно изменять температурные пороги, а также компенсировать эксплуатационный уход параметров терморезисторов на заданных температурных порогах.

Выбор величины сопротивления опорных резисторов производят следующим образом.

На положительном (относительно

+20 С) температурном пороге

t „ +20 С характерным является

Зто позволяет установить зависимость между R«ê R

Таким образом для изменения положительного температурного порога срабатывания необходимо изменять сопротивление опорного резистора 11.

На отрицательном (относительно

+20 С) температурном пороге с;,pi+20 С

1293713 при соблюдении условия R„ » R„ схему дискриминатора можно упростить в соответствии с фиг. 3.

Так же, как и в предыдущем случае. при +20 С потенциал V, на инвертирующем входе усилителя 2 несколько выше потенциала, на его неинвертирующем входе. По мере уменьшения температуры сопротивление терморезистора 12 увеличивается, потенциал а следовательно, и потенциал ! инвертирующего входа усилителя 2 уменьшаются. На отрицательном темпе6 ратурном пороге возникает равенство вследствие чего схема сраб 7 батывает.

С учетом изложенного

2 4Р >

1 R = 11>

U — ц

О 4,>

U +R

14 15

V = U -(U -W)a; б О О 4

7 2 т б 7 где 1 и >. — ток в цепях схемы, 2

Это позволяет установить зависимость между R u R

% 1 12

Таким образом, для изменения отрицательного температурного порога срабатывания необходимо изменять сопротивление опорного резистора 13.

Формула изобретения

fQ Регулятор температуры, содержащий делители напряжения, делители напряжения с терморезисторами и последовательно соединенные дифференциальный усилитель, охваченный положительf5 ной обратной связью, и исполнительный элемент, о т л и ч а ю щ и й— с я тем, что, с целью упрощения регулятора, в нем подключенный к шинам источника питания первый делитель

20 напряжения содержит четыре последовательно включенных элемента, параллельно каждому из средних элементов которого подключен соответствующий делитель напряжения с терморезистором, средний вывод каждого из которых через второй и третий делители соответственно соединен с соответI ствующей шиной источника питания и через первое плечо тех же делителей— с соответствующими входами дифференциального усилителя.

i 293713

Составитель Л.Птенцова

Техред И.Попович Корректор В.Бутяга

Редактор Л.Пчелинская

Заказ 386/53

Тираж 8б4 Подписное

БНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, il(-35, Раушская наб., p,. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4