RU209072U1 - Регулятор температуры - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области электротехники, электроники и автоматического регулирования температуры, и может быть использована для регулировки и поддержания на заданном уровне температуры нагрева паяльников.Технический результат достигается за счет того, что регулятор температуры, содержащий компаратор, задатчик температуры, подключенный к входу компаратора, последовательно соединенные электронный ключ, нагреватель и термопару, усилитель, выход которого подключен к электронному ключу, при этом дополнительно снабжен стабилизатором отрицательного напряжения, усилителем сигнала термопары, выход которого подключен к входу компаратора, а его выход подключен к входу интегрального таймера, выход интегрального таймера подключен к входу усилителя, и электронным ключом, выполненном на полевом транзисторе с каналом n-типа, мостовым выпрямителем переменного тока, к входу которого подведено напряжение питания переменного тока, а его отрицательный выход подключен к электронному ключу на полевом транзисторе с каналом n-типа, и через диод – к входу стабилизатора отрицательного напряжения и конденсатору, включенному между входом стабилизатора отрицательного напряжения и положительным выходом мостового выпрямителя переменного тока, причем электронный ключ также может быть выполнен на биполярном транзисторе n-p-n-структуры или биполярном транзисторе с изолированным затвором.Технический результат – повышение надежности работы регулятора температуры и повышение точности регулирования температуры паяльника.

Description

Полезная модель относится к области электротехники, электроники и автоматического регулирования температуры, и может быть использована для регулировки и поддержания на заданном уровне температуры нагрева паяльников.

Известен регулятор температуры (патент РФ №2263339, МПК G05D 23/20, опубл. 27.10.2005, бюл. № 30), состоящий из нагревателя, датчика и задатчика температуры, подключенных к входам усилителя, ключа, преобразователя напряжения с первым трансформатором и вторым трансформаторами, генератора импульсов, выпрямителя сетевого напряжения, фильтра и нагревателя.

Недостатком данного регулятора температуры является сложность в настройке и недостаточно хорошая повторяемость в производстве, что обусловлено построением преобразователя напряжения по автогенераторной схеме.

Известен регулятор температуры (патент РФ №2239864, МПК G05D 23/19, опубл. 10.11.2004, бюл. № 31), состоящий из датчика температуры и задатчика температуры, подключенных ко входам первого усилителя, тиристорного ключа, подключенного выходом к нагревателю, второго усилителя, выходом подключенного к управляющему электроду тиристора, резистора и диода.

Недостатком данного регулятора температуры является сложность в настройке и возможность работы только от источника переменного напряжения.

Известен регулятор температуры нагрева (патент РФ №2105345, МПК G05D 23/19, опубл. 20.02.1998), состоящий из задатчика температуры, элемента сравнения, датчика температуры, элемента выборки-хранения, широтно-импульсного модулятора, формирователя синхроимпульсов, одновибратора, элемента И, нагревателя и коммутатора.

Недостатком данного регулятора температуры является значительная сложность и недостаточная точность регулирования температуры.

Наиболее близкой к полезной модели является простейшая паяльная станция на жалах T12 (Простейшая паяльная станция на жалах T12. Режим доступа: https://handmade32.ru/elektronika/prostejshaya-payalnaya-stantsiya-na-zhalah-t12/. – Загл. с экрана), состоящая из компаратора, задатчика температуры, резистора, конденсатора, резисторного делителя, второго компаратора, стабилизатора положительного напряжения, усилителя, электронного ключа на полевом транзисторе с каналом p-типа, нагревателя и термопары. Данное устройство предназначено для работы с паяльниками, оснащенными жалом типа Т12, нагреватель которых соединен последовательно с термопарой.

Недостатком данной простейшей паяльной станции на жалах T12 является недостаточно высокая надежность работы и низкая точность регулирования в статическом и динамическом режимах из-за низкого уровня сигнала термопары, который составляет 6 мВ при температуре 300°С, что находится на уровне минимального входного напряжения компаратора, а также из-за влияния помех на входные цепи регулятора температуры, наводимых в измерительной цепи током нагревателя.

Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, заключается в разработке регулятора температуры, обеспечивающего высокую точность регулирования температуры и низкую чувствительность к помехам.

Технический результат – повышение надежности работы регулятора температуры и повышение точности регулирования температуры паяльника.

Технический результат достигается за счет того, что регулятор температуры, содержащий компаратор, задатчик температуры, подключенный к входу компаратора, последовательно соединенные электронный ключ, нагреватель и термопару, усилитель, выход которого подключен к электронному ключу, при этом дополнительно снабжен стабилизатором отрицательного напряжения, усилителем сигнала термопары, выход которого подключен к входу компаратора, а его выход подключен к входу интегрального таймера, выход интегрального таймера подключен к входу усилителя, и электронным ключом, выполненном на полевом транзисторе с каналом n-типа, мостовым выпрямителем переменного тока, к входу которого подведено напряжение питания переменного тока, а его отрицательный выход подключен к электронному ключу на полевом транзисторе с каналом n-типа, и через диод – к входу стабилизатора отрицательного напряжения и конденсатору, включенному между входом стабилизатора отрицательного напряжения и положительным выходом мостового выпрямителя переменного тока.

Регулятор температуры характеризуется тем, что электронный ключ выполнен на биполярном транзисторе n-p-n-структуры.

Регулятор температуры характеризуется тем, что электронный ключ выполнен на биполярном транзисторе с изолированным затвором.

Сущность предлагаемого регулятора температуры заключается во введении в него усилителя сигнала термопары и интегрального таймера, формирующего импульс фиксированной длительности для управления электронным ключом, выполненном на полевом транзисторе с каналом n-типа, биполярном транзисторе n-p-n-структуры или биполярном транзисторе с изолированным затвором, что позволит повысить точность регулирования температуры и повысить надежность регулятора температуры при питании его от источника переменного тока.

На фиг. 1 изображена структурная схема регулятора температуры. На фиг. 2 приведены диаграммы напряжений относительно положительного (+) выхода мостового выпрямителя переменного тока в характерных точках схемы регулятора температуры.

Структурная схема регулятора температуры (фиг. 1) содержит усилитель сигнала термопары 1, задатчик температуры 2, компаратор 3, на входы которого подаются сигналы с выходов усилителя 1 и задатчика температуры 2, интегральный таймер 4, управляемый выходным сигналом компаратора 3, стабилизатор отрицательного напряжения 5, усилитель 6, вход которого соединен с выходом интегрального таймера 4, а выход подключен к входу электронного ключа 7 на полевом транзисторе с каналом n-типа, биполярном транзисторе n-p-n-структуры или биполярном транзисторе с изолированным затвором, последовательно с которым соединены нагреватель 8 и термопара 9, и включены между положительным (+) и отрицательным (-) выходами мостового выпрямителя переменного тока 10. Вход усилителя сигнала термопары 1 подключен к выходу электронного ключа 7 на полевом транзисторе с каналом n-типа, биполярном транзисторе n-p-n-структуры или биполярном транзисторе с изолированным затвором. Напряжение питания сглаживается фильтром, образованным диодом 11 и конденсатором 12, и подается на вход стабилизатора отрицательного напряжения 5, выходное напряжение которого предназначено для питания всех блоков регулятора температуры.

Регулятор температуры работает следующим образом.

Усилитель сигнала термопары 1 усиливает выходное напряжение термопары 9, которое с выхода усилителя сигнала термопары 1 поступает на первый вход компаратора 3, на второй вход которого подается напряжение с задатчика температуры 2. На фиг. 2,а приведены усиленное напряжение сигнала термопары на выходе усилителя сигнала термопары 1 (непрерывная линия), и напряжение задатчика температуры 2 (пунктирная линия). Компаратор 3 сравнивает эти напряжения, и в случае, когда напряжение сигнала термопары 9 становится выше напряжения задатчика температуры 2 (моменты времени t₁ и t₃), на выходе компаратора 3 появляется низкий уровень напряжения, и в этот момент происходит запуск интегрального таймера 4, на выходе которого формируется импульс напряжения фиксированной длительности t_и = t₂ – t₁ (фиг. 2,б), который усиливается усилителем 6, подается на электронный ключ 7 на полевом транзисторе с каналом n-типа, биполярном транзисторе n-p-n-структуры или биполярном транзисторе с изолированным затвором, и открывают его.

При этом от положительного (+) выхода мостового выпрямителя переменного тока 10 через термопару 9, нагреватель 8 и последовательно соединенный с ними открытый электронный ключ 7 на полевом транзисторе с каналом n-типа, биполярном транзисторе n-p-n-структуры или биполярном транзисторе с изолированным затвором, к отрицательному (-) выходу мостового выпрямителя переменного тока 10 начинает протекать ток (фиг. 2,в, периоды времени t₁ – t₂, t₃ – t₄). В течение времени открытого состояния электронного ключа 7 на полевом транзисторе с каналом n-типа, биполярном транзисторе n-p-n-структуры или биполярном транзисторе с изолированным затвором на выходе усилителя сигнала термопары 1 присутствует импульсы напряжения, (фиг. 2,а), амплитуда которых равна выходному напряжению стабилизатора отрицательного напряжения 5. После окончания импульса на выходе интегрального таймера 4 электронный ключ 7 на полевом транзисторе с каналом n-типа, биполярном транзисторе n-p-n-структуры или биполярном транзисторе с изолированным затвором закрывается, и ток от положительного (+) выхода мостового выпрямителя переменного тока 10 через термопару 9, нагреватель 8 и последовательно соединенный с ними электронный ключ 7 на полевом транзисторе с каналом n-типа, биполярном транзисторе n-p-n-структуры или биполярном транзисторе с изолированным затвором прекращается. Поскольку термопара 9 нагрета, на входе усилителя сигнала термопары 1 присутствует напряжение, пропорциональное температуре нагревателя 8, которое усиливается усилителем сигнала термопары 1 (фиг. 2,а, периоды времени t₀ – t₁, t₂ - t₃, t₄ – t₅).

Когда напряжение термопары 9 с выхода усилителя сигнала термопары 1 выше напряжения задатчика температуры 2 (моменты времени t₁ и t₃ на фиг. 2,а), то на выходе компаратора 3 формируется низкий уровень напряжения, который запускает интегральный таймер 4, усиливается усилителем 6 и открывает электронный ключ 7 на полевом транзисторе с каналом n-типа, биполярном транзисторе n-p-n-структуры или биполярном транзисторе с изолированным затвором, и процесс повторяется.

Если напряжение термопары 9 с выхода усилителя сигнала термопары 1 ниже напряжения задатчика температуры 2, то на выходе компаратора 3 формируется высокий уровень напряжения, при этом запуск интегрального таймера 4 не происходит.

В экспериментальном образце регулятора температуры использовались операционные усилители LMC6482AIMX для усилителя сигнала термопары и компаратора, стабилизатор отрицательного напряжения L79L05ACZ, интегральный таймер КР1006ВИ1, электронный ключ – полевой транзистор с каналом n-типа IRFZ44N, биполярный n-p-n транзистор типа КТ829А или биполярный транзистор с изолированным затвором типа IRG4IBC20KD, мостовой выпрямитель переменного тока – GBU6K.

Таким образом, регулятор температуры, содержащий усилитель сигнала термопары, задатчик температуры, компаратор, на вход которого подаются сигналы с выходов усилителя и задатчика температуры, интегральный таймер, управляемый выходным сигналом компаратора, стабилизатор отрицательного напряжения, усилитель, электронный ключ на полевом транзисторе с каналом n-типа, биполярном транзисторе n-p-n-структуры или биполярном транзисторе с изолированным затвором, нагреватель и термопару, соединенные последовательно, обеспечивает повышение надежности работы регулятора температуры и повышение точности регулирования температуры паяльника.

Claims (1)

1. Регулятор температуры, содержащий компаратор, задатчик температуры, подключенный к входу компаратора, последовательно соединенные электронный ключ, нагреватель и термопару, усилитель, выход которого подключен к электронному ключу, отличающийся тем, что регулятор температуры дополнительно снабжен стабилизатором отрицательного напряжения, усилителем сигнала термопары, выход которого подключен к входу компаратора, а его выход подключен к входу интегрального таймера, выход интегрального таймера подключен к входу усилителя, и электронным ключом, выполненном на полевом транзисторе с каналом n-типа, мостовым выпрямителем переменного тока, к входу которого подведено напряжение питания переменного тока, а его отрицательный выход подключен к электронному ключу на полевом транзисторе с каналом n-типа, и через диод – к входу стабилизатора отрицательного напряжения и конденсатору, включенному между входом стабилизатора отрицательного напряжения и положительным выходом мостового выпрямителя переменного тока.

Images