Биметаллический сигнализатор и регулятор температуры

 

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быть использовано в системах измерения и регулирования температуры. Устройство содержит биметаллическую спираль, генератор высокочастотных колебаний, две пары резистивно-емкостных нагрузок с подключенными к каждой паре двумя парами разновключенных по отношению к самим себе и к нагрузкам диодов, последовательно Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быть использовано в системах измерения и регулирования температуры, например, воздуха з животноводческих помещениях. Цель изобретения - повышение надежности и технологичности изготовления. Схема устройства представлена на фиг. 1, где 1 - пластмассовый корпус, 2 - провключенные на выходах нагрузок усилители постоянного тока, пороговые, управляющую и сигнализирующие схемы. Новизна устройства заключается в том, что генератор высокочастотных колебаний подключен через биметаллическую спираль к лепестку на ее конце. Этот лепесток из металлической фольги находится над проводящими полукольцами, расположенными на двух поворотных соосных дисках разных диаметров , и образует с полукольцами конденсаторы, емкости которых перераспределяются в процессе изменения температуры и передвижения лепестка. Токи этих конденсаторов выпрямляются упомянутыми диодами. Сигнализация о выходе температуры за границы диапазона происходит в момент равенства емкостей конденсаторов, образованных лепестком и полукольцами одного из дисков. При этом достигается совмещение функций сигнализатора, регулятора и измерителя температуры, обеспечивается бесконтактный принцип работы , высокая надежность и технологичность изготовления. 4 ил. зрачная крышка со шкалой температур, 3 - биметаллическая спираль, 4 - левое полукольцо диска меньшего диаметра, 5 - рабочая прорезь между полукольцами меньшего диаметра, 6 - правое полукольцо диска меньшего диаметра, 7 - лепесток прямоугольной формы, 8 - стрелка, 9 - левое полукольцо диска большего диаметра, 10 - рабочая прорезь между полукольцами дисСО С 00 о ел N ел ч

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РеспуБлик (я)5 G 05 0 23/08

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) (21) 4876896/24 (22) 23,10.90 (46) 30.03.93. Бюл. ¹ 12 (71) Львовский сельскохозяйственный институт (72) В.Ю. Воробкевич, Л.С. Вытрыкуш и

В.М. Орнат (56) "Приборы контроля и управления влажностно-тепловыми процессами". — Справочник. И.Ф. Бородин и др., М., Россельхозиздат, 1985, с. 26.

Авторское свидетельство СССР

N1479969,,кл,,Н 01 Н 37/52, 1988. (54) БИМЕТАЛЛИЧЕСКИЙ СИГНАЛИЗАТОР И РЕГУЛЯТОР ТЕМПЕРАТУРЫ (57) Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быть использовано в системах измерения и регулирования температуры. Устройство содержит биметаллическую спираль, генератор высокочастотных колебаний, две пары резистивно-емкостных нагрузок с подключенными к каждой паре двумя парами разновключенных по отношению к самим себе и к нагрузкам диодов, последовательно

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быть использовано в системах измерения и регулирования температуры, например, воздуха в животноводческих помещениях, Цель изобретения — повышение надежности и технологичности изготовления.

Схема устройства представлена на фиг.

1, где 1 — пластмассовый корпус, 2 — про Я2 1805457 А1 включенные на выходах нагрузок усилители постоянного тока, пороговые, управляющую и сигнализирующие схемы. Новизна устройства заключается в том, что генератор высокочастотных колебаний подключен через биметаллическую спираль к лепестку на ее конце. Этот лепесток из металлической фольги находится над проводящими полукольцами, расположенными на двух поворотных соосных дисках разных диаметров, и образует с полукольцами конденсаторы, емкости которых перераспределяются в процессе изменения температуры и передвижения лепестка. Токи этих конденсаторов выпрямляются упомянутыми диодами. Сигнализация о выходе температуры за границы диапазона происходит в момент равенства емкостей конденсаторов, образованных лепестком и полукольцами одного из дисков. При этом достигается совмещение функций сигнализатора, регулятора и измерителя температуры, обеспечивается бесконтактный принцип работы, высокая надежность и технологичность изготовления. 4 ил. зрачная крышка со шкалой температур, 3— биметаллическая спираль, 4 — левое полукольцо диска меньшего диаметра, 5 — рабочая прорезь между полукольцами меньшего диаметра, 6 — правое полукольцо диска меньшего диаметра, 7 — лепесток прямоугольной формы, 8 — стрелка, 9 — левое полукольцо диска большего диаметра, 10— рабочая прорезь между полукольцами дис1805457 нв укааанной осн установваны соосно рва тр ка большего диаметра, 11 — правое полукольцо диска большего диаметра, 12 — винт крепления биметаллической спирали к крышке 2, 13, 14 — диски меньшего и большего диаметров, 15, 16 — нерабочие прорези между полукольцами дисков меньшего и большего диаметров, 17 — генератор высокочастотных колебаний, 18 — 25 — полупроводниковые диоды, 26 — резистор первой нагрузки; 27 — конденсатор первой нагрузки, 28 — конденсатор второй нагрузки, 29— резистор второй нагрузки, 29 — конденсатор второй нагрузки, 30 — резистор третьей нагрузки, 31 — конденсатор третьей нагрузки, 32 — резистор четвертой нагрузки, ЗЗ вЂ” конденсатор четвертой нагрузки, 34 — первый усилитель постоянного тока, 35 — первая пороговая схема, 36 — первая сигнализирующая схема, 37- первая управляющая схема, 38 — объект управления, 39 — второй усилитель постоянного тока, 40 — вторая пороговая схема, 41 — вторая сигнализирующая схема.

На фиг; 2 показана конструкция емкостного датчика в аксонометрии, где позиции элементов совпадают с указанными на фиг.

1; на фиг. 3 — и ример уп равля ю щей схемы, в которой: 42 — первый электронный ключ, 43, 44 — оптопары первого электронного ключа

42, 45 — второй электронный ключ, 46, 47— оптопары второго электронного ключа 45, 48 — катушка магнитного пускателя, 49— блок-контакт магнитного пускателя; на фиг, 4 — графики, поясняющие работу электронной схемы, а именно: 4а — изменения выходного напряжения первой пороговой схемы

35, 46 — состояния первого электронного ключа 42, 4в — изменения выходного напряжения второй пороговой схемы 40, 4г — состояния второго электронного ключа 45, 4д — состояния блок-контакта 49, 4е — изменения тока в катушке 48 магнитного пускателя.

Как следует из фиг. 1, 2, устройство содержит пластмассовый корпус 1 с прозрачной крышкой 2, на которой нанесена шкала температур. Внутри корпуса на металлической оси закреплена внутренним концом биметаллическая спираль 3, на конце которой установлен лепесток прямоугольной формы 7 из металлической фольги, прикрепленный к нижнему торцу металлической стрелки 8 и через нее электрически соединенный с биметаллической спиралью 3. Ось, на которой установлены диски меньшего и большего диаметров, закреплена на крышке 2 с помощью винта 12, через который лепесток прямоугольной формы соединен с выходом генератора высокочастотных колебаний 17. Под биметаллической спиралью

ЗО

55 поворотных диска из пластмассы 13 и 14 соответственно меньшего и большего диаметров. На каждом из дисков выполнены на краях левые 4, 9 и правые 6, 11 полукольца из металлической фольги, которые разделены рабочими 5, 10 и нерабочими 15, 16 прорезями, а сами полукольца присоединены к резистивно-емкостным нагрузкам с элементами 26 — 33 через четыре па ры разно вкл юченных диодов 18-25. Выходы нагрузок

26 — 29 присоединены ко входам усилителя постоянного тока 34 и далее к пороговой 35, управляющей 37 и сигнализирующей 36 схемам. Выходы нагрузок ЗΠ— 33 присоединены к цепочке, состоящей из усилителя постоянного тока 39, пороговой схемы 40, соединенной с управляющей 37 и сигнализирующей

41 схемами. Управляющее устройство 37 воздействует на объект управления 38.

Схема, приведенная на фиг, Ç,представляет собой первый 42 и второй 45 электронные ключи в сочетании с магнитным пускателем с катушкой 48, управляющим нагревательными элементами для обогрева помещения, теплицы или другого объекта управления 38. Каждый электронный ключ

42 и 45 для работы на переменном токе состоит из двух тиристорных оптопар (например, типа АОУ 1ОЗА) 43, 44 и 46, 47,,управляемых напряжениями от пороговых схем 35 и 40 и включенных последовательно с катушкой магнитного пускателя 48. Первый электронный ключ 42 зашунтирован блок-контактом 49 магнитного пускателя.

На фиг. 4 показаны графики, поясняющие работу управляющей схемы 37, По осям абсцисс отложены значения измеряемой температуры t, Ь и ta, соответствующие нижней и верхней границам температурного диапазона, на фиг, 4а и 4б показаны графики изменения выходных напряжений пороговых схем 35 и 40, на фиг. 4б и 4г— графики состояния ключей 42 и 45 (проводящее состояние показано штриховкой), На фиг. 4а приведен график состояния блокконтакта 49 (точками показан участок с гистерезисом, т.е, имеет место проводящее состояние при возрастании температуры и непроводящее при ее уменьшении). Похожий график изменения тока!4в в катушке 48 показан на фиг. 4е. Здесь Ив > О при возрастании температуры и 14в = О при ее уменьшении. При !48 > О включены нагревательные элементы объекта управления 38.

Усилители постоянного тока 34 и 39, а также пороговые схемы 35 и 40 могут быть выполнены, например, на микросхемах типа K140 — УД1А или Б, причем для получения иггерного эффекта в пороговых схемах

1805457 применена положительная обратная связь с выхода 5 на неинвертирующий вход 10 через резистор, определяющий зону нечувствительности. B управляющее устройство входят электронные ключи, сопряженные с магнитным пускателем, а в качестве сигнализирующих схем можно применить светодиоды или звукогенераторы. Устройство смонтировано в корпусе 1, где в нижней части расположена электронная схема.

Устройство работает следующим образом. B статическом режиме, если измеряемая температура находится в заданных пределах, а лепесток 7 расположен между рабочими прорезями 5 и 10 полуколец 4, 6 меньшего и 9, 11 большего диаметров, как показано на фиг. 1, то емкости между лепестками 7 и лежащими под ним полукольцами-правым меньшего диаметра 6 и левым большего диаметра 9 — сравнительно большие, При этом протекают токи через диоды

19, 21 и 22, 24, связанные с этими полукольцами, и возникают соответственно положительные напряжения на нагрузках 28, 29 и

30, 31 и отрицательные на нагрузках 26, 27 и 32, 33. Указанные напряжения усиливаются узлами 34 и 39 и воздействуют на пороговые схемы 35 и 40, на выходе которых появляются два одинаковых rio величине разнополярных напряжения (например, на выходе 35 отрицательное, а на выходе 40 положительное). Это напряжение поддерживают соответственно в закрытом состоянии первый электронный ключ 42 (cM, фиг, 3, 4), зашунтированный блок-контактом магнитного пускателя 43, последовательно включенный с его катушкой 48, и в открытом состоянии второй электрон н ый кл юч 45, также последовательно включенный с указанной обмоткой. При этом катушка магнитного пускателя находится под током и происходит нагрев помещения, например, с помощью электрокалориферов, В динамическом режиме при возрастании температуры лепесток 7 перемещается вправо и его середина устанавливается над рабочей прорезью 10 полуколец 9, 11 большего диаметра (на фиг, 1 перемещенный лепесток 7 показан пунктиром). Эта прорезь расположена под делением шкалы, соответствующим верхней границе температуоного диапазона. Тогда емкости между лепестком

7 и полукольцами большего диаметра 9, 11 оказываются равными и также выравниваются токи через диоды 22 — 25, а напряжения на нагрузках 30 — 33 становятся равными нулю из-за разного включения диодов 22, 23 и

24, 25 по отношению к этим нагрузкам.

При дальнейшем движении лепестка 7 вправо в сторону больших температур на5

55 пряжение на нагрузке 32, 33 становится положительным, а на нагрузке 30, 31 — отрицательным, т.е. эти напряжения изменяются на противоположные по сравнению с предыдущими, Это приводит к изменению полярности напряжения на выходе усилителя

39 и пороговой схемы 40 (они становятся отрицательными) и к сигнализации о возрастании температуры выше нормы, Одновременно укаэанное отрицательное напряжение закрывает второй электронный ключ 45, соединенный последовательно с обмоткой магнитного пускателя 48, что приводит к отключению электрокалориферов и размыканию блок-контакта 49, параллельного первому электрон ному кл ючу 42.

Вследствие этого происходит охлаждение объекта управления 38, однако электрокалориферы не включаются, так как первый электронный ключ закрыт и не зашунтирован блок-контактом магнитного пускателя.

При понижении температуры и движении лепестка 7 влево наступает момент, когда середина этого лепестка проходит над рабочей прорезью 5 между полукольцами 4, 6 диска меньшего диаметра (на фиг. 1 перемещенный лепесток показан пунктиром и обозначен 7 ). При этом по аналогии с предII

ыдущим случаем изменяются полярности напряжений на противоположные на нагрузках 26 — 29, т.е. на нагрузке 26, 27 она становится положительной, а на 28-29 — отрицательной. Эти напряжения воздействуют на усилитель постоянного тока 34 и на пороговую схему 35, на выходе которой появляется положительное напряжение, открывающее первый электронный ключ и тем самым включающее катушку магнитного пускателя 48, электрокалориферы и сигнализирующее устройство 36. При повышении температуры калориферы не отключаются, так как первый электронный ключ оказывается зашунтированным блок-контактом магнитного пускателя.

В дальнейшем работа схемы повторяется, т,е. происходит регулирование температуры, при котором электрокалориферы включаются при нижней границе, а выключаются при верхней границе температурного диапазона.

Установка нижней и верхней границы температурного диапазона осуществляется путем поворота дисков меньшего и большего диаметров от руки при открытой крышке

2, которая удерживается в корпусе посредством защелки, выполненной в виде выступа на торце этой крышки и впадины в выемке корпуса 1. Токоподвод, ведущий от винта 12 к генератору высокочастотных колебаний 17, приклеен к крышке 2 с внут1805457

55 ренней стороны и соединен с проводником внутри корпуса 1 отрезком гибкого провода.

B указанной операции середина прорези между полукольцами меньшего диаметра устанавливается напротив деления шкалы, соответствующего нижней границе температурного диапазона, а середина рабочей прорези между полукольцами большего диаметра устанавливается напротив деления шкалы, соответствующего верхней границе температурного диапазона, Для этого на дне корпуса 1 выполнена дополнительная шкала температур за границами окружности диска большего диаметра. Наличие двух температурных шкал (на крышке 2 и на дне корпуса 1) дает возможность уменьшить ошибку отсчета при измерении температуры.

Преимуществом данного устройства по сравнению с прототипом является бесконтактный принцип работы и более высокая надежность. Предложенная схема позволяет измерять температуру за границами диапазона регулирования. Возникающие электростатические силы не приводят к возникновению погрешности, так как они действуют вдоль оси биметаллической спирали.

Отпадает необходимость использования ртути, трансформаторного масла, герметичного корпуса, как в случае устройства прототипа. Это повышает технологичность устройства, уменьшает инерционность и динамическую погрешность.

Формула изобретения

Биметаллический сигнализатор и регулятор температуры, содержащий шкалу с закрепленной на ее внешнем конце металлической стрелкой, биметаллическую спираль, генератор высокочастотных колебаний, две резистивно-емкостные нагрузки с подключенными к ним двумя парами разновключенных по отношению к самим себе и к нагрузкам диодов, последовательно включенные на выходах нагрузок усилитель постоянного тока и пороговый

45 элемент И, к входу которого подключены параллельно соединенные управляющий и сигнализирующий элементы, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и технологичности изготовления, в него введен емкостный датчик, содержащий лепесток прямоугольной формы из металлической фольги, прикрепленный к нижнему торцу металлической стрелки и через нее электрически соединенный с биметаллической спиралью, а также размещенные под лепестком прямоугольной формы неперекрывающиеся полукольца из металлической фольги, расположенные на краях двух диэлектрических поворотных соосных дисков разных диаметров, причем длина лепестка выполнена большей суммарной ширины полуколец на величину зазора между полукольцами, находящимися на разных дисках, полукольца на каждом из дисков образованы рабочими и нерабочими прорезями на диаметрально противоположных сторонах, при этом рабочие прорези между полукольцами дисков установлены напротив делений шкалы, соответствующих нижней и верхней границам температурного диапазона, на оси дисков закреплен внутренний конец биметаллической спирали, который соединен с выходом генератора высокочастотных колебаний, каждое из полуколец дисков меньшего диаметра присоединено к двум резистивно-емкостным нагрузкам через соответствующую пару разновключенных диодов, а каждое из полуколец диска большего диаметра присоединено идентично описанному присоединению полуколец дисков меньшего диаметра к дополнительно введенным двум парам разновключенных диодов, двум резистивно-емкостным нагрузкам, усилителю постоянного тока, пороговому и сигнализирующему элементам, выходы дополнительного порогового элемента присоединены к дополнительному входу управляющего элемента.

1805457 ф

Фиг. 2.

1805457 40 иг. а/ б/ в/ г/ е/

Фиг. 4

Составитель B.Воробкевич

Техред М.Моргентал Корректор M.Ïåòðîâà

Редактор

Заказ 942 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101