Устройство для регулирования температуры

 

Устройство относится к электронике и может быть использовано в случаях, когда необходимо поддерживать заданную температуру. Сущность изобретения: устройство содержит последовательно соединенные измерительный мост 1, компаратор 2, схему 3 управления включением нагревательного элемента (УВН), ключевую схему и нагревательный элемент 6, а также блок питания и схему синхронизации. Для упрощения конструкции и уменьшения габаритов и массы устройства схема УВН содержит элемент И - НЕ 9, RS-триггер 10, 11 и инвертор 12, включенные согласно схеме. Прямой выход триггера 10, 11 соединен с входом ключевой схемы, содержащей блокинг-генератор 4 и симистор 5, нагрузкой которого служит нагревательный элемент 6. Блок 7 питания устройства содержит выпрямительный мост 13, включенный через балластный резистор 14 в сеть переменного тока, и высокочастотный преобразователь 15 постоянного напряжения. Схема 8 синхронизации содержит диодный оптрон 16, светодиод которого включен в разрыв цепи блока питания между выпрямительным мостом 13 и преобразователем 15, катод фотодиода соединен с плюсовой шиной питания, а анод подключен к инвертору схемы УВН. В устройстве отсутствуют сетевые трансформаторы, поэтому уменьшаются его габариты и масса. 1 ил.

Изобретение относится к электронике и может найти применение в случаях, когда необходимо поддерживать заданную температуру.

Известно устройство для регулирования температуры [1] содержащее последовательно соединенные термочувст- вительный мост, компаратор и ключевой элемент, управляющий работой симистора, включенного последовательно с нагревателем последовательно с нагревателем в сеть переменного тока, в котором напряжение питания устройства получают из сетевого напряжения, понижая его с помощью гасящего резистора.

Недостатками данного устройства являются гальваническая связь датчика температуры с сетевым напряжением и отсутствие средств защиты от помех, создаваемых устройством при срабатывании симистора.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности являетcя устройство для регулирования температуры [2] содержащее последовательно включенные термочувст- вительный мост, компаратор, схему управления включением нагревательного элемента, ключевую схему, схему синхронизации и блок питания. В данном устройстве обеспечивается гальваническая развязка органов управления устройством и датчика температуры от сети. Кроме того, устройство обеспечивает снижение уровня радиопомех, возникающих при коммутации нагревательного элемента благодаря применению схемы синхронизации, которая допускает срабатывание ключевой схемы при минимально возможном напряжении сети.

Недостатками этого устройства являются сложность схемы синхронизации, а также большие габариты и масса устройства, связанные с применением трансформаторов в блоке питания и в схеме синхронизации.

Целью изобретения является упрощение устройства и уменьшение его габаритов и массы за счет использования блокинг-генератора в ключевой схеме, применения диодного оптрона в схеме синхронизации и построения блока питания устройства на базе высокочастотного преобразователя напряжения.

Для этого в устройстве для регулирования температуры, содержащем последовательно соединенные измерительный мост, компаратор, схему управления включением нагревательного элемента, ключевую схему и нагревательный элемент, а также блок питания и схему синхронизации, схема управления включением нагревательного элемента содержит логический элемент И-НЕ с двумя входами и RS-триггер. Первый вход логического элемента И-НЕ и вход R RS-триггера подключены к выходу компаратора, второй вход элемента И-НЕ подключен к выходу инвертора, а выход логического элемента И-НЕ соединен с входом S RS-триггера. Прямой выход триггера подключен к входу ключевой схемы, содержащей блокинг-генератор и симистор, причем выводы выходной обмотки блокинг-генератора подключены к выходному электроду симистора, соединенному через нагревательный элемент с одной из шин сети, и к управляющему электроду этого симистора, а второй электрод симистора подключен к второй шине сети. Блок питания устройства содержит выпрямительный мост, подключенный к сети через балластный резистор, и высокочастотный преобразователь постоянного напряжения, выходы которого подключены к земле, а также к плюсовой и минусовой шинам питания устройства. Синхронизатор содержит диодный оптрон, у которого катод фотодиода подключен к плюсовой шине источника питания, анод фотодиода подключен к входу инвертора схемы управления включением нагревательного элемента и резистору, второй вывод которого подключен к земле, а светодиод оптрона включен в прямом направлении в разрыв цепи блока питания между выпрямительным мостом и высокочастотным преобразователем.

Схема устройства для регулирования температуры приведена на чертеже.

Устройство для регулирования температуры содержит последовательно соединенные измерительный мост 1, компаратор 2, схему 3 управления включением нагревательного элемента, ключевую схему, нагревательный элемент 6, а также блок 7 питания и схему 8 синхронизации. Схема 3 управления включением нагревательного элемента содержит логический элемент И-НЕ 9, имеющий два входа, RS-триггер 10, 11 и инвертор 12. Первый вход элемента И-НЕ 9 и вход R триггера 10, 11 подключены к выходу компаратора 2, второй вход этого элемента соединен с выходом инвертора 12, а выход элемента И-НЕ 9 подключен к входу S триггера 10, 11. Прямой выход триггера 10, 11 соединен с входом ключевой схемы, содержащей блокинг-генератор 4 и симистор 5. Выводы выходной обмотки трансформатора блокинг-генератора 4 подключены к выходному электроду симистора 5, соединенному через нагревательный элемент 6 с одной из шин сети переменного тока, и к управляющему элементу симистора, а второй электрод симистора 5 подключен к второй шине сети. Блок 7 питания устройства содержит выпрямительный мост 13, подключенный к сети через балластный резистор 14, и высокочастотный преобразователь 15 постоянного напряжения, включенные согласно схеме. Схема синхронизации содержит диодный оптрон 16, у которого катод фотодиода подключен к плюсовой шине питания, анод фотодиода подключен к входу инвертора 12 и резистору 17, второй вывод которого подключен к земле, светодиод оптрона 16 включен к прямом направлении в разрыв цепи блока питания между выпрямительным мостом 13 и высокочастотным преобразователем 15.

Устройство работает следующем образом.

Если при включении устройства температура датчика ниже установленной, то на выходе компаратора 2 будет высокий уровень напряжения. С изменением напряжения на выпрямительном мосту 13, происходящим с частотой сети, меняется ток, проходящий через светодиод оптрона. В момент, когда этот ток уменьшится до некоторой пороговой величины, светодиод погаснет, фотодиод перейдет в закрытое состояние, напряжение на резисторе 17 упадет и уровень сигнала на выходе инвертора 12 станет соответствовать единичному состоянию. На выходе элемента И-НЕ 9 установится низкий уровень сигнала и RS-триггер 10, 11 перейдет в единичное состояние. Блокинг-генератор 4 начнет генерировать импульсы, открывающие симистор 5 в начале каждого полупериода при минимально возможном значении напряжения сети. Включение нагревательного элемента 6 приведет к нагреву датчика температуры. Как только температура датчика достигнет установленного значения, на выходе компаратора 2 напряжение упадет, RS-триггер перейдет в нулевое состояние и блокинг-генератор прекратит генерацию импульсов. При этом симистор в каждом полупериоде колебаний сети будет оставаться в выключенном состоянии. Температура нагревательного элемента и датчика температуры будет снижаться. Далее описанный процесс будет периодически повторяться.

Применение блокинг-генератора в ключевой схеме, диодного оптрона в качестве датчика для обнаружения момента перехода текущего значения сетевого напряжения через нуль и блока питания с высокочастотным преобразователем напряжения позволяет упростить схему устройства, уменьшить его габариты и вес за счет замены трансформаторов, преобразующих напряжение сети, высокочастотными трансформаторами. При этом сохраняются преимущества устройства, взятого в качестве прототипа: обеспечиваются гальваническая развязка устройства от сети и снижение уровня радиопомех при коммутации нагревательного элемента.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ, содержащее последовательно соединенные измерительный мост, компаратор, схему управления включением нагревательного элемента и ключевую схему, подключенные к шинам блока питания, а также нагревательный элемент и схему синхронизации, отличающееся тем, что схема управления включением нагревательного элемента содержит элемент И - НЕ, RS-триггер и инвертор, причем первый вход элемента И - НЕ и R-вход RS-триггера объединены и являются входом схемы управления, второй вход элемента И - НЕ подключен к выходу инвертора, а выход элемента И - НЕ соединен с S-входом RS-триггера, при этом прямой выход RS-триггера является выходом схемы управления включением нагревателя, ключевая схема содержит блокинг-генератор, управляющий вход которого является входом ключевой схемы, и симистор, причем соответствующие выводы выходной обмотки трансформатора блокинг-генератора подключены соответственно к выходному электроду симистора, соединенному через нагревательный элемент с одной из шин сети переменного тока, и управляющему электроду симистора, а входной электрод симистора подключен к второй шине сети переменного тока, блок питания содержит выпрямительный мост, подключенный к сети переменного тока через балластный резистор, и высокочастотный преобразователь постоянного напряжения, соответствующие выводы которого являются плюсовой, минусовой и общей шинами питания устройства, а схема синхронизации содержит диодный оптрон, у которого катод фотодиода подключен к плюсовой шине питания устройства, анод - к входу инвертора схемы управления включением нагревательного элемента и через резистор - к общей шине питания устройства, а выход выпрямительного моста блока питания подключен к входу его высокочастотного преобразователя постоянного напряжения через включенный в прямом направлении светодиод оптрона схемы синхронизации.

РИСУНКИ

Рисунок 1