JPS6311681B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は負帰還比例制御系により温度制御を行
う時、検出温度が目標温度よりも十分に低い場合
に、目標温度への到達時間を短縮するようにした
温度制御回路に関するものである。

負帰還比例制御系では、目標値と検出値の偏差
が零になるように制御量を可変する。つまり検知
量が目標値に接近すれば制御量を減じ、制御量を
増加して行き、検出値が目標値と等しくなつた点
の制御量で安定する。

このため、制御系のゲインが低い場合は、検出
値が目標値に接近して制御量を減少する分だけ、
目標値に到達する時間が長くなるという問題があ
つた。

本発明の目的は上記の問題点を解決するため
に、目標設定温度センサの温度が一定の範囲以上
に低い場合にはこれを記憶保持して、アクチエー
タ部の駆動量を温度偏差に無関係に最大の加熱量
を維持するように制御し、センサ温度が設定温度
に到達した場合に上記保持を解除して、通常の比
例制御に移る構成とした温度制御回路を提供する
ことである。

次に、本発明の温度制御回路を実施例に基づい
て説明する。第１図は、本発明の一実施例を示す
ブロツク図であつて、１は検知用センサ２と設定
部３を含むブリツジ回路である。４はブリツジ回
路の信号を増幅してアクチエータ部５を駆動する
増幅回路、６はブリツジ回路の出力信号が比較部
７に予め定められた値よりも大きくなつた場合、
これを記憶する記憶回路、８は記憶回路の信号に
よりアクチエータ部５の操作量を最大値に保持す
る保持回路を示す。

次に、このように構成された温度制御回路の動
作について説明する。通常の比例制御時はブリツ
ジ回路１の出力、つまりセンサ２と設定部３の値
との偏差を増幅回路で増幅してアクチエータ部５
を比例的に駆動する。アクチエータ部５は、セン
サ２が一定になる方向、すなわちセンサ２の信号
が設定部３よりも大きい場合はセンサ２の信号が
小さくなる方向に、また反対にセンサ２の信号が
設定部より小さい場合はセンサ２の信号を大きく
する方向にアクチエータ部を動作させる。

一方、動作開始時や外乱等によりステツプ的な
変化が生じてセンサ２の信号と設定部３の偏差が
比較部７にあらかじめ定められた値よりも大きい
場合には、記憶回路６がこれを記憶して保持回路
８を駆動する。保持回路８は増幅回路４へアクチ
エータ部５の駆動量をその最大値に保持する信号
を出す。このためブリツジ回路１の出力とは無関
係にアクチエータ部は一定状態を保持する。記憶
回路６はセンサ２の出力と設定値が等しくなつた
場合に解除され通常の比例動作に戻る。このよう
に偏差が大きい場合に保持回路８がアクチエータ
部５の最大駆動量に保持されるため、センサ２の
出力が設定値と等しくなるまでは最大操作量で駆
動されるため、設定値に到達する時間が短縮され
る。

次に、このように構成された温度制御回路をガ
スコンロに適用する場合を例に採つてより詳細に
説明する。

第２図において、９は鍋でガスバーナ１０によ
り加熱し、鍋底に設けた温度センサ１１でその温
度を検出し、これが一定になるようにガス通路１
２に設けたガス比例制御弁１３を制御する。１４
は温度制御回路１５に設けた温度設定ツマミであ
る。

第３図、第４図は制御状態を示すタイムチヤー
トで横軸Ｔは時間、縦軸Ｄは温度、Ｌはバーナ１
０の燃焼量を示す。また実線Ａは比例制御を行な
つた状態、破線Ｂはバーナ１０の最大燃焼量で、
比例制御を行なわない場合の特性を示す。

今、時間T₀でバーナ１０に点火したとき、従
来の比例制御の場合はセンサ１１の温度が設定値
より十分に低いため最大燃焼量L₁でバーナ１０
が燃焼する。しかし設定温度に近づいた場合（時
間T₁）、比例制御弁１３が絞られ始めてゆきT₂に
おいて燃焼量が安定する。このときの温度上昇は
第３図Ａに示すように、比例制御弁１３が絞り始
められた時点から温度上昇率は小さくなり時間
T₂で設定温度D₁となる。また無制御の最大燃焼
で燃やした場合は第３図Ｂおよび第４図Ｂに示す
ように時間T₁で燃焼量を絞ることがないため、
時間T₂′で求める温度D₁に達しさらに上昇してゆ
く。つまり制御をかけることにより立上り時間が
T₂―T₂′だけ長くなつてしまつたことが解る。

また時間T₃で鍋内に材料を追加した場合、セ
ンサ１１が温度低下を検出して燃焼量を増加す
る。このために温度が上昇し、それに供ない燃焼
量も低下して設定温度D₁になつた燃焼量で安定
する（第３図、第４図Ａ）。また無制御では材料
追加と共に温度低下するが燃焼量は変化せず再度
温度上昇してゆく（第３図、第４図Ｂ）。

以上のように、比例制御を行なうことは求める
設定温度に保つようにするためには非常に好まし
いが、他方無制御に比べて立上り時間が長くなる
という欠点もある。しかし、本発明の温度制御回
路を適用することにより、立上り時やセンサ温度
が設定値よりも非常に低い場合には第３図Ｂに示
された特性で動作し、設定温度に達してからは第
３図のＡに示される比例制御で動作するので、非
常に使い勝手が良好となる。

第５図は、本発明の温度制御回路の具体例を示
す回路図であつて、１６は直流電源で、ガス元コ
ツク（図示せず）と連動する電源スイツチ１７に
より回路に電源が接続される。センサ１１には負
特性感温抵抗素子が使用され、温度設定用可変抵
抗器１４と抵抗１８，１９，２０によりブリツジ
回路１を構成している。ブリツジ回路１の中点電
位ａは抵抗２１を介して演算増幅器２２の負入力
端子に、ｂは正入力端子に接続されている。演算
増幅器２２は抵抗２１，２３と共に反転増幅回路
を構成しており、その出力は抵抗２４，２５を介
してトランジスタ２６のベースに、トランジスタ
２６のエミツタは抵抗２３を介して演算増幅器２
２の負入力端子に、また抵抗２７を介して電源の
マイナス端子側に各々接続されている。またトラ
ンジスタ２６のコレクタは比例制御弁１３の電磁
コイルを介して電源のプラス端子側に接続されて
いる。ここで比例制御弁１３には、電磁コイルに
流れる電流に応じてガス流量を連続的に調整でき
る電磁式ガス比例制御弁が使用されている。２８
は比例制御弁１３の電磁コイルの逆起電力吸収用
のダイオードであり、２９はトランジスタ２６の
ベース抵抗である。

ここで比例制御弁１３に流れる電流値Ｉは、 Ｉ＝｛ｂ−R₂₅／R₂₁（ａ−ｂ）｝／R₂₇ となり、センサ１１の温度が低い場合は、センサ
１１の抵抗値が大きいため電位ａは低くなる。こ
のため上式からＩは大きく、また反対にセンサ１
１の温度が高い場合は電位ａは高くなつて、Ｉは
小さくなり比例制御が実現される。

また電位ａは、演算増幅器３０の負入力端子に
入力されており、正入力端子は抵抗３１，３２の
分圧電位ｃが入力されていると共に、抵抗３３、
ダイオード３４を介して出力端子に接続されてい
る。また演算増幅器３０の出力端子はダイオード
３５を介して抵抗２４，２５の接続点に接続され
ている。このため、演算増幅器３０は、電圧比較
器として動作すると共に、この電圧比較器の出力
が高出力のときに、すなわちダイオード３４が逆
バイアス状態となるときに、電位ｂと電位ｃが等
しくなるように設計されている。また電位ｃは、
この電圧比較器３０の出力が低出力の場合に、抵
抗３３、ダイオード３４が抵抗３２と並列に接続
され、電位ｃが電位ｂよりも小さい値となり、こ
の値は第１図に示された比較部７の予め定められ
た値となる。

通電初期はセンサ１１の温度が低く、電位ａが
電位ｃよりも小となつて電圧比較器３０の出力は
高出力となる。この状態はそれぞれの電位ａ＝ｂ
＝ｃとなつたとき、つまりセンサ１１が設定温度
になつた場合まで記憶される。このときには、前
述したように比較器３０の出力が高出力（電源の
プラス電位とほぼ同等）となるため、ダイオード
３５、抵抗２５を通してトランジスタ２６にベー
ス電流を供給されるので、増幅器２２の出力には
無関係に比例制御弁の電流Ｉが最大電流に保持さ
れる。センサ１１が設定温度になつたときに比較
器３０は低出力となり、ダイオード３５が逆バイ
アスされるため電流Ｉは増幅器２２の出力に応じ
た値となる。

さらに制御途中で鍋９に材料を追加して温度が
低下した場合でも、温度低下が少なく電位ａ＞ｃ
であれば比較器３０は反転しないため通常の比例
動作を行なう。また温度低下が大きくて電位ａ＜
ｃとなつた場合は立上り時と同様に電流Ｉは最大
値に保持される。第５図ではダイオード３５のカ
ソードは抵抗２４，２５の中点に接続されている
が、これ以外に増幅器２２の正入力端子に接続し
ても同様の作用を行なうことができる。

なお、この実施例においては、本発明の温度制
御回路をガスコンロに適用した場合に例を採つて
説明したが、これ以外に湯沸器やオーブン等に応
用も可能であり、また熱源としてガス以外に電気
ヒータ等も使用できる。さらに温度制御以外に水
量制御や圧力制御等の各種の物理量の制御に応用
できることは明らかである。

以上説明したように、本発明の温度制御回路
は、比例制御回路の欠点である閉ループゲインの
小さい時の設定到達時間が長くなるという点を解
決したもので、センサの温度が設定温度よりもあ
る程度以上低くなつた場合には、記憶回路により
これを記憶し、一度温度が上昇して設定温度にな
るまで最大加熱量を維持し、その後、通常の制御
に復帰する構成としたため、センサ温度が設定温
度に到達するまでの時間を短縮できる。

また、温度が設定温度より低下しても、一定値
以下にならない限り、保持回路は動作せず、過動
作による温度変化はない。

これは、特に制御ゲインの低いガスコンロや、
オーブン等の調理器の温度制御に応用した場合、
出来上がり時間の短縮をはかり、使い勝手を向上
させることができる。

さらに、一度温度が低下して保持回路が動作す
ると、設定温度になるまで最大加熱量で一気に温
度を上昇させるために、加熱途中での放熱が少な
く、加熱効率の高い省エネルギーの温度制御シス
テムが実現できる。

さらに拒絶引例のような手動調節部がなく、記
憶回路および保持回路により自動的にアクチエー
タの操作量を決定可能なものであり、使用者が操
作する必要がなく、使い勝手が良い。

さらに保持回路の解除は設定温度とセンサ温度
が一致した時で、保持回路の動作は設定温度より
も予め定められた値以下の温度になつた時であ
り、通常の動作時には保持回路は動作しない構成
としているので保持回路が動作するのはシステム
の立上り時や、大きな外乱があつて温度が設定値
よりも非常に低くなつた時のみであり、この時に
速く設定温度と一致させるという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の温度制御回路の一実施例を示
すブロツク図、第２図は本発明をガスコンロに適
用した場合の制御システム図、第３図、第４図は
従来の比例制御回路の動作特性を示すタイムチヤ
ート、第５図は第２図の制御システムを実現する
ための回路図である。 １……ブリツジ回路、２，１１……温度セン
サ、３，１４……温度設定部、４，２２……増幅
回路、６……記憶回路、８……保持部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 温度センサと温度設定部と前記温度センサと
   温度設定部の偏差を増幅する増幅回路と、前記増
   幅回路の出力により、前記温度センサへの加熱量
   を連続的あるいは段階的に制御するアクチエータ
   部と、前記温度設定部の温度に対して温度センサ
   の温度が、予め定められた値以上低い時にこれを
   記憶する記憶回路と、前記記憶回路の信号により
   動作し、前記アクチエータ部の操作量を最大値に
   保持し、前記温度センサの温度が設定温度と等し
   くなつた時にこれを解除する構成の保持回路と、
   からなることを特徴とする温度制御回路。