RU2788329C1 - Electronic temperature sensor-relay - Google Patents

Electronic temperature sensor-relay Download PDF

Info

Publication number
RU2788329C1
RU2788329C1 RU2022117612A RU2022117612A RU2788329C1 RU 2788329 C1 RU2788329 C1 RU 2788329C1 RU 2022117612 A RU2022117612 A RU 2022117612A RU 2022117612 A RU2022117612 A RU 2022117612A RU 2788329 C1 RU2788329 C1 RU 2788329C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
input
output
temperature sensor
temperature
electronic temperature
Prior art date
Application number
RU2022117612A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Дмитрий Владимирович Рябов
Михаил Александрович Терентьев
Андрей Иванович Коротенко
Павел Владимирович Костяев
Асия Ильмировна Аглиуллина
Дарья Владимировна Терентьева
Алексей Иванович Кочетков
Original Assignee
Акционерное общество "Ульяновский механический завод"
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Ульяновский механический завод" filed Critical Акционерное общество "Ульяновский механический завод"
Application granted granted Critical
Publication of RU2788329C1 publication Critical patent/RU2788329C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: automation and computer technology.
SUBSTANCE: device relates to the field of automation and computer technology and is intended for use in industrial and special-purpose products for autonomous and controlled temperature monitoring and switching of electrical circuits, depending on its value. The electronic temperature sensor-relay contains a microcircuit (1) of a programmable digital thermometer, for example 5019ChT1T, 5306NT015E (N), located on the first board (2), the second board (3) and an external connector (4). On the second board (3) there is a buffer amplifier (5), an XOR element (6), an opto-relay (7), for example, a 2609KP2P microassembly, a pulsed step-down voltage regulator (8), for example, a 1273PN1T1 microcircuit, two diodes (9), for example 2DSh2123A95. Integrated into the microcircuit (1) of a programmable digital thermometer: a temperature sensor (10), an analog-to-digital converter (ADC) (11) of temperature, a control unit (12), which includes registers for the lower (17) and upper (18) threshold temperature and a configuration register (16), a serial interface block (13), non-volatile memory (EEPROM) (14), and a comparator (15).
EFFECT: unification, increased reliability and accuracy of the device.
7 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и предназначено для использования в продукции промышленного и специального назначения для автономного и управляемого мониторинга температуры и коммутации электрических цепей в зависимости от величины температуры.The invention relates to the field of automation and computer technology and is intended for use in industrial and special-purpose products for autonomous and controlled temperature monitoring and switching electrical circuits depending on the temperature value.

Известен ряд широко применяемых механических датчиков-реле температуры, принцип работы которых основан на деформации биметаллической пластины (RU 2 102 811 С1, приоритет 15.07.1994) или изменении линейных размеров термочувствительных толкателей электрических контактов, температура срабатывания которых определяется усилием противодействующей пружины (RU 2 332 649 С2, приоритет 11.10.2006; RU 2 262 129 С2, приоритет 23.06.2003; RU 114 181 U1, приоритет 07.10.2011).A number of widely used mechanical temperature sensors are known, the principle of operation of which is based on the deformation of a bimetallic plate (RU 2 102 811 C1, priority 15.07.1994) or a change in the linear dimensions of temperature-sensitive pushers of electrical contacts, the response temperature of which is determined by the force of the counteracting spring (RU 2 332 649 C2, priority 10/11/2006; RU 2 262 129 C2, priority 06/23/2003; RU 114 181 U1, priority 10/07/2011).

Несмотря на простоту подобных устройств, они не обладают достаточной надежностью срабатывания механических контактов, не обеспечивают необходимую точность установки температуры, а также требуют для своего изготовления сложных технологических процессов.Despite the simplicity of such devices, they do not have sufficient reliability of operation of mechanical contacts, do not provide the necessary accuracy in setting the temperature, and also require complex technological processes for their manufacture.

Также широкое распространение получили электронные реле температуры, в которых в качестве температурного датчика используются элементы на основе р-n перехода или терморезистора, сигнал с которого подается на усилитель-преобразователь, после чего, пройдя через пороговый элемент, сравнивающий его с сигналом опорного источника напряжения, изменяет состояние ключа (RU 2556367 С1, приоритет 26.06.2014; RU 2 359 309 С2, приоритет 02.07.2007; RU 2 111 525 С1, приоритет 07.06.1994; RU 1819012 С, приоритет 07.08.1990; SU 1451849 А1, приоритет 08.06.1987).Electronic temperature relays are also widely used, in which elements based on a p-n junction or a thermistor are used as a temperature sensor, the signal from which is fed to the converter amplifier, after which, after passing through the threshold element, which compares it with the signal of the reference voltage source, changes the state of the key (RU 2556367 С1, priority 06/26/2014; RU 2 359 309 С2, priority 07/02/2007; RU 2 111 525 С1, priority 06/07/1994; RU 1819012 С, priority 08/07/1990; SU 1451804 A1, priority .1987).

К их основным недостаткам также можно отнести недостаточную точность установки требуемой температуры, причиной чего является зависимость аналоговой части, которая включает в себя усилитель, пороговое устройство и источник опорного напряжения, от температуры окружающей среды и других внешних воздействующих факторов.Their main disadvantages also include the insufficient accuracy of setting the required temperature, which is caused by the dependence of the analog part, which includes an amplifier, a threshold device and a reference voltage source, on the ambient temperature and other external influencing factors.

Варианты более точных датчиков-реле температуры содержат одно или несколько устройств преобразования сигнала от термочувствительного элемента в цифровой код, который затем поступает на устройство сравнения с кодом температурного порога. При этом для удешевления конструкции, как правило, устройство преобразования сигнала от термодатчика, устройство сравнения и выходное логическое устройство размещены в корпусе микросхемы (RU 2 156 495 С2, приоритет 02.10.1998; US 4 751 961 (А), приоритет 18.02.1986). Однако ввиду того, что термочувствительный элемент не входит в состав данной микросхемы, разброс его параметров оказывает влияние на точность установки температуры устройства. К тому же функционирование выходного ключа возможно только в нормально замкнутом либо нормально разомкнутом режиме, что снижает степень унификации.Options for more accurate temperature sensors contain one or more devices for converting a signal from a temperature-sensitive element into a digital code, which is then fed to a comparison device with a temperature threshold code. At the same time, to reduce the cost of construction, as a rule, the device for converting the signal from the temperature sensor, the comparison device and the output logic device are placed in the microcircuit housing (RU 2 156 495 C2, priority 10/02/1998; US 4 751 961 (A), priority 02/18/1986) . However, due to the fact that the temperature-sensitive element is not part of this microcircuit, the spread of its parameters affects the accuracy of setting the temperature of the device. In addition, the operation of the output key is possible only in normally closed or normally open mode, which reduces the degree of unification.

Наиболее близким аналогом является устройство, описанное в журнале [Радиолюбитель, 2/99, с. 22], которое содержит микросхему программируемого цифрового термометра, включающую в себя датчик температуры, аналогово-цифровой преобразователь, блок управления, считывающий из энергонезависимой памяти значения кодов температур верхнего и нижнего порога, компаратор и блок последовательного интерфейса. Комбинированный выход компаратора данной микросхемы, предназначенный для формирования сигнала в режиме термостата, через буферный усилитель управляет выходным реле.The closest analogue is the device described in the journal [Radio amateur, 2/99, p. 22], which contains a microcircuit of a programmable digital thermometer, including a temperature sensor, an analog-to-digital converter, a control unit that reads the upper and lower threshold temperature codes from non-volatile memory, a comparator and a serial interface unit. The combined output of the comparator of this microcircuit, designed to generate a signal in thermostat mode, controls the output relay through a buffer amplifier.

Несмотря на высокую точность установки температуры, использующееся механическое реле снижает надежность устройства за счет ограниченного количества переключений, а расположение всех элементов устройства на одной плате оказывает влияние на точность измерения температуры. Вдобавок к недостаткам можно отнести необходимость использования двух источников питания +5 В и +12 В для микросхемы программируемого цифрового термометра и реле, соответственно.Despite the high accuracy of temperature setting, the mechanical relay used reduces the reliability of the device due to the limited number of switches, and the location of all elements of the device on one board affects the accuracy of temperature measurement. In addition, the disadvantages include the need to use two power supplies +5 V and +12 V for the programmable digital thermometer chip and relay, respectively.

Технической проблемой, на решение которой направлено изобретение, является расширение функциональных возможностей устройства за счет исключения дополнительного источника питания, увеличения точности измерения температуры и ресурса работы.The technical problem to be solved by the invention is to expand the functionality of the device by eliminating an additional power source, increasing the accuracy of temperature measurement and service life.

Решение указанной технической проблемы достигается тем, что электронный датчик-реле температуры содержит буферный усилитель и расположенную на плате микросхему программируемого цифрового термометра с входящими в нее компаратором с тремя выходами (Tcom, Thigh и Tlow) и последовательно соединенными датчиком температуры, аналогово-цифровым преобразователем (АЦП) температуры, блоком управления, состоящим из регистра конфигурации, регистра верхней пороговой температуры и регистра нижней пороговой температуры, блоком последовательного интерфейса, энергонезависимой памятью (EEPROM), при этом первый вход компаратора соединен со вторым выходом АЦП температуры, второй вход - с выходом регистра верхней пороговой температуры, третий вход - с выходом регистра нижней пороговой температуры, а один из трех выходов компаратора соединен с входом буферного усилителя, а также включает внешний разъем и вторую плату с расположенными на ней импульсным понижающим стабилизатором напряжения, двумя диодами и последовательно соединенными буферным усилителем, элементом «Исключающее ИЛИ», оптореле, при этом первый вход-выход внешнего разъема соединен с входом-выходом блока последовательного интерфейса, выход оптореле соединен со вторым входом внешнего разъема, второй выход внешнего разъема соединен с входом импульсного понижающего стабилизатора напряжения, выход импульсного понижающего стабилизатора напряжения через первый диод, а третий выход внешнего разъема через второй диод соединены с входом микросхемы программируемого цифрового термометра и вторым входом элемента «Исключающее ИЛИ», четвертый выход внешнего разъема соединен с третьим входом элемента «Исключающее ИЛИ».The solution to this technical problem is achieved by the fact that the electronic temperature sensor-switch contains a buffer amplifier and a microcircuit of a programmable digital thermometer located on the board with a comparator with three outputs (Tcom, Thigh and Tlow) and a temperature sensor connected in series, an analog-to-digital converter ( ADC) temperature, a control unit consisting of a configuration register, an upper threshold temperature register and a lower threshold temperature register, a serial interface unit, non-volatile memory (EEPROM), while the first input of the comparator is connected to the second output of the temperature ADC, the second input is connected to the register output upper threshold temperature, the third input - with the output of the lower threshold temperature register, and one of the three outputs of the comparator is connected to the input of the buffer amplifier, and also includes an external connector and a second board with a pulsed step-down voltage regulator, two diodes and a connected in series with a buffer amplifier, an XOR element, an opto-relay, wherein the first input-output of the external connector is connected to the input-output of the serial interface unit, the output of the opto-relay is connected to the second input of the external connector, the second output of the external connector is connected to the input of a switching step-down voltage regulator , the output of the pulse step-down voltage regulator through the first diode, and the third output of the external connector through the second diode are connected to the input of the microcircuit of the programmable digital thermometer and the second input of the XOR element, the fourth output of the external connector is connected to the third input of the XOR element.

Элемент «Исключающее ИЛИ» состоит из двух транзисторов и пяти резисторов, при этом первый вход элемента «Исключающее ИЛИ» соединен с эмиттером первого и базой второго транзисторов, вторым выводом первого резистора, второй вход соединен с первыми выводами первого, второго и пятого резисторов, третий вход соединен со вторым выводом второго резистора, первым выводом третьего резистора и эмиттером второго транзистора, второй вывод третьего резистора соединен с базой первого транзистора, коллектор первого транзистора и коллектор второго транзистора соединены с первым выводом четвертого резистора, второй вывод четвертого резистора соединен со вторым выводом пятого резистора и выходом элемента «Исключающее ИЛИ».The XOR element consists of two transistors and five resistors, while the first input of the XOR element is connected to the emitter of the first and base of the second transistor, the second output of the first resistor, the second input is connected to the first outputs of the first, second and fifth resistors, the third the input is connected to the second terminal of the second resistor, the first terminal of the third resistor and the emitter of the second transistor, the second terminal of the third resistor is connected to the base of the first transistor, the collector of the first transistor and the collector of the second transistor are connected to the first terminal of the fourth resistor, the second terminal of the fourth resistor is connected to the second terminal of the fifth resistor and the output of the XOR element.

При подключении выхода Tcom компаратора к входу буферного усилителя электронный датчик-реле температуры работает в режиме термостата.When the Tcom output of the comparator is connected to the input of the buffer amplifier, the electronic temperature sensor-relay operates in the thermostat mode.

При подключении выхода Thigh компаратора к входу буферного усилителя электронный датчик-реле температуры работает в режиме сигнализатора высокой температуры.When the Thigh output of the comparator is connected to the input of the buffer amplifier, the electronic temperature sensor-relay operates in the high temperature alarm mode.

При подключении выхода Tlow компаратора к входу буферного усилителя электронный датчик-реле температуры работает в режиме сигнализатора низкой температуры.When the Tlow output of the comparator is connected to the input of the buffer amplifier, the electronic temperature sensor-relay operates in the low temperature alarm mode.

При подаче на третий вход элемента «Исключающее ИЛИ» напряжения 5 В электронный датчик-реле температуры работает в «нормально разомкнутом» режиме.When a voltage of 5 V is applied to the third input of the "XOR" element, the electronic temperature sensor-relay operates in the "normally open" mode.

При подаче на третий вход элемента «Исключающее ИЛИ» напряжения 0 В электронный датчик-реле температуры работает в «нормально замкнутом» режиме.When a voltage of 0 V is applied to the third input of the "XOR" element, the electronic temperature sensor-relay operates in a "normally closed" mode.

Техническим результатом является унификация устройства, увеличение ресурса работы, повышение его надежности и точности.The technical result is the unification of the device, increasing the service life, increasing its reliability and accuracy.

Предлагаемый электронный датчик-реле температуры (далее - датчик-реле) иллюстрируется чертежами, представленными на фигурах 1, 2.The proposed electronic temperature sensor-switch (hereinafter referred to as the sensor-relay) is illustrated by the drawings shown in figures 1, 2.

На фиг. 1 - структурная схема датчика-реле.In FIG. 1 - block diagram of the sensor-relay.

На фиг. 2 - электрическая схема элемента «Исключающее ИЛИ».In FIG. 2 - electrical circuit of the "XOR" element.

Электронный датчик-реле температуры содержит микросхему 1 программируемого цифрового термометра (далее - микросхема 1), например, 5019ЧТ1Т, 5306НТ015Е (Н), расположенную на первой плате 2, вторую плату 3 и внешний разъем 4. На второй плате 3 расположены буферный усилитель 5, элемент 6 «Исключающее ИЛИ», оптореле 7, например, микросборка 2609КП2П, импульсный понижающий стабилизатор напряжения 8, например, микросхема 1273ПН1Т1, два диода 9, например, 2ДШ2123А95. В микросхему 1 интегрированы: датчик 10 температуры, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 11 температуры, блок 12 управления, блок 13 последовательного интерфейса, энергонезависимая память (EEPROM) 14 и компаратор 15 с тремя выходами: Tcom, Thigh или Tlow. Блок 12 управления включает в себя регистр конфигурации 16, регистр нижней 17 пороговой температуры и регистр верхней 18 пороговой температуры. Элемент 6 «Исключающее ИЛИ» состоит из резисторов 19, 20, 21, 22, 23 и транзисторов 24, 25.The electronic temperature sensor-relay contains a microcircuit 1 of a programmable digital thermometer (hereinafter referred to as microcircuit 1), for example, 5019ChT1T, 5306NT015E (N), located on the first board 2, a second board 3 and an external connector 4. On the second board 3 there is a buffer amplifier 5, element 6 "XOR", opto-relay 7, for example, microassembly 2609KP2P, pulsed step-down voltage regulator 8, for example, microcircuit 1273PN1T1, two diodes 9, for example, 2DSh2123A95. Integrated into chip 1: temperature sensor 10, temperature analog-to-digital converter (ADC) 11, control unit 12, serial interface unit 13, non-volatile memory (EEPROM) 14 and comparator 15 with three outputs: Tcom, Thigh or Tlow. The control unit 12 includes a configuration register 16, a lower threshold temperature register 17, and an upper threshold temperature register 18. Element 6 "XOR" consists of resistors 19, 20, 21, 22, 23 and transistors 24, 25.

В энергонезависимую память (EEPROM) 14 записывается температура верхнего и нижнего порогов срабатывания в диапазоне от - 60°С до 125°С с точностью 0,5°С.The non-volatile memory (EEPROM) 14 records the temperature of the upper and lower thresholds in the range from - 60°C to 125°C with an accuracy of 0.5°C.

При этом для повышения точности измерения температуры, микросхема 1 располагается на первой плате 2, а буферный усилитель 5, элемент 6 «Исключающее ИЛИ», оптореле 7, импульсный понижающий стабилизатор напряжения 8 и два диода 9 -на второй 3.At the same time, to improve the accuracy of temperature measurement, microcircuit 1 is located on the first board 2, and buffer amplifier 5, XOR element 6, opto-relay 7, pulsed step-down voltage regulator 8 and two diodes 9 - on the second 3.

Микросхема 1 предназначена для автономного и управляемого мониторинга температуры. Датчик 10 температуры производит непрерывное измерение температуры корпуса микросхемы 1. АЦП 11 температуры выполняет преобразование температуры, полученной от датчика 10 температуры, в цифровое значение. Блок управления 12 считывает из энергонезависимой памяти (EEPROM) 14 нижнее и верхнее пороговые значения температуры, параметры которых задаются пользователем, и заносит их в соответствующие регистры 17, 18. Регистр 16 конфигурации используется для определения режима работы устройства в конкретном применении. Компаратор 15 сравнивает цифровое значение температуры, полученное от АЦП 11 температуры, со значениями, занесенными в регистр нижней 17 и верхней 18 пороговой температуры блока управления 12, и выдает сигнал управления на выходе микросхемы 1. В зависимости от назначения датчика-реле к входу буферного усилителя 5 подключается один из трех выходов (Tcom, Thigh или Tlow) компаратора 15. Подключение требуемого выхода компаратора 15 к входу буферного усилителя 5 осуществляется монтажным способом (пайкой) на этапе сборки устройства.Chip 1 is designed for autonomous and controlled temperature monitoring. The temperature sensor 10 continuously measures the temperature of the case of the chip 1. The temperature ADC 11 converts the temperature received from the temperature sensor 10 into a digital value. The control unit 12 reads from the non-volatile memory (EEPROM) 14 the lower and upper temperature thresholds, the parameters of which are set by the user, and enters them into the corresponding registers 17, 18. The configuration register 16 is used to determine the operating mode of the device in a particular application. The comparator 15 compares the digital temperature value received from the temperature ADC 11 with the values entered in the register of the lower 17 and upper 18 threshold temperature of the control unit 12, and outputs a control signal at the output of the microcircuit 1. Depending on the assignment of the sensor-relay to the input of the buffer amplifier 5, one of the three outputs (Tcom, Thigh or Tlow) of the comparator 15 is connected. The required output of the comparator 15 is connected to the input of the buffer amplifier 5 by mounting (soldering) at the device assembly stage.

Когда датчик-реле используется в качестве термостата, то задействован выход Tcom. Выход Thigh используется для индикации высокотемпературной границы или может использоваться как часть системы с замкнутой обратной связью, используемой для включения системы охлаждения и отключения ее, когда температура системы возвращается в допустимые пределы. Выход Tlow используется для индикации достижения низкотемпературной границы или организации обратной связи для включения нагревателя и отключения его при возвращении температуры системы в допустимые пределы.When the relay is used as a thermostat, the Tcom output is enabled. The Thigh output is used to indicate a high temperature limit or can be used as part of a closed loop system used to turn the cooling system on and off when the system temperature returns to acceptable limits. The Tlow output is used to indicate that a low temperature limit has been reached or provide feedback to turn the heater on and off when the system temperature returns to acceptable limits.

Буферный усилитель 5 предназначен для усиления сигнала управления, который поступает с выхода микросхемы 1. Выход буферного усилителя 5 соединен с первым входом элемента 6 «Исключающее ИЛИ».The buffer amplifier 5 is designed to amplify the control signal that comes from the output of the microcircuit 1. The output of the buffer amplifier 5 is connected to the first input of the XOR element 6.

Второй вход элемента 6 «Исключающее ИЛИ» соединен с выходом импульсного понижающего стабилизатора напряжения 8, третий вход соединен с четвертым выходом внешнего разъема 4, а выход соединен с входом оптореле 7. Элемент 6 «Исключающее ИЛИ» формирует сигнал управления для оптореле 7, осуществляя над входными данными, поступающими с буферного усилителя 5 и внешнего разъема 4, операцию логического сложения по модулю 2.The second input of the element 6 "XOR" is connected to the output of the pulse step-down voltage regulator 8, the third input is connected to the fourth output of the external connector 4, and the output is connected to the input of the opto-relay 7. The "X-OR" element 6 generates a control signal for the opto-relay 7, performing over input data coming from the buffer amplifier 5 and external connector 4, the operation of logical addition modulo 2.

Первый вход элемента 6 «Исключающее ИЛИ» соединен с эмиттером транзистора 24, базой транзистора 25 и со вторым выводом резистора 19. Второй вход элемента 6 «Исключающее ИЛИ» соединен с первыми выводами резисторов 19, 20 и 23. Третий вход элемента 6 «Исключающее ИЛИ» соединен с эмиттером транзистора 25, со вторым выводом резистора 20 и первым выводом резистора 21. Коллектор транзистора 24 соединен с коллектором транзистора 25 и первым выводом резистора 22. Второй вывод резистора 21 соединен с базой транзистора 24. Второй вывод резистора 22 соединен со вторым выводом резистора 23 и выходом элемента 6 «Исключающее ИЛИ». Резисторы 21 и 22, используемые в элементе 6 «Исключающее ИЛИ», применяются для ограничения тока, протекающего через базу транзистора 24 и входную цепь оптореле 7 соответственно. Посредством резисторов 19 и 20 на базах транзисторов 24 и 25 формируются потенциалы, необходимые для открытия их переходов эмиттер-коллектор. Резистор 23 включен параллельно входной цепи оптореле 7 и предотвращает вероятность его самопроизвольного срабатывания.The first input of element 6 "XOR" is connected to the emitter of transistor 24, the base of transistor 25 and the second terminal of resistor 19. The second input of element 6 "XOR" is connected to the first terminals of resistors 19, 20 and 23. The third input of element 6 is "XOR" "is connected to the emitter of transistor 25, with the second terminal of resistor 20 and the first terminal of resistor 21. The collector of transistor 24 is connected to the collector of transistor 25 and the first terminal of resistor 22. The second terminal of resistor 21 is connected to the base of transistor 24. The second terminal of resistor 22 is connected to the second terminal resistor 23 and the output of element 6 "XOR". Resistors 21 and 22 used in the XOR element 6 are used to limit the current flowing through the base of the transistor 24 and the input circuit of the opto relay 7, respectively. By means of resistors 19 and 20 on the bases of transistors 24 and 25, the potentials necessary to open their emitter-collector junctions are formed. Resistor 23 is connected in parallel with the input circuit of the opto-relay 7 and prevents the possibility of its spontaneous operation.

Оптореле 7 выполняет роль выходного коммутационного устройства и управляет активными, например, нагревательные приборы, и реактивными, например, электродвигатели, нагрузками в «нормально замкнутом» или «нормально разомкнутом» режимах. Отсутствие механических контактов в оптореле 7 повышает надежность устройства. Выход оптореле 7 соединен со вторым входом внешнего разъема 4.Optorelay 7 acts as an output switching device and controls active, for example, heating devices, and reactive, for example, electric motors, loads in "normally closed" or "normally open" modes. The absence of mechanical contacts in the opto-relay 7 increases the reliability of the device. The output of the opto relay 7 is connected to the second input of the external connector 4.

Импульсный понижающий стабилизатор напряжения 8 преобразует подаваемое на вход нестабилизированное напряжение в диапазоне от 9 В до 36 В в стабилизированное напряжение 5 В на его выходе. Выход импульсного понижающего стабилизатора напряжения 8 соединен с анодом первого диода 9. Катод первого диода 9, в свою очередь, соединен с катодом второго диода 9, а анод второго диода 9 подключен к третьему выходу внешнего разъема 4. Диоды 9 разделяют напряжение питания 5 В, поступающее с импульсного понижающего стабилизатора напряжения 8, необходимого для питания входящих в микросхему 1 элементов и элемента 6 «Исключающее ИЛИ», и с внешнего разъема 4 при программировании микросхемы 1.The switching step-down voltage regulator 8 converts the unregulated voltage supplied to the input in the range from 9 V to 36 V into a stabilized voltage of 5 V at its output. The output of the step-down voltage regulator 8 is connected to the anode of the first diode 9. The cathode of the first diode 9, in turn, is connected to the cathode of the second diode 9, and the anode of the second diode 9 is connected to the third output of the external connector 4. Diodes 9 share the supply voltage of 5 V, coming from a pulsed step-down voltage regulator 8, necessary to power the elements included in the microcircuit 1 and the XOR element 6, and from the external connector 4 when programming the microcircuit 1.

Такое включение диодов 9 позволяет программировать электронный датчик-реле температуры без дополнительного источника питания, подключив его только к программатору (не показан) через внешний разъем 4.This inclusion of diodes 9 makes it possible to program the electronic temperature sensor-relay without an additional power source, by connecting it only to the programmer (not shown) through an external connector 4.

Первый вход-выход внешнего разъема 4 соединен с входом-выходом блока последовательного интерфейса 13 микросхемы 1 для возможности программирования и передачи информации о текущей температуре внешним устройствам (не показаны).The first input-output of the external connector 4 is connected to the input-output of the serial interface block 13 of the microcircuit 1 for the possibility of programming and transmitting information about the current temperature to external devices (not shown).

Электронный датчик-реле температуры работает следующим образом.The electronic temperature sensor-switch operates as follows.

С внешнего разъема 4 подается напряжение питания в диапазоне от 9 В до 36 В на импульсный понижающий стабилизатор напряжения 8, где преобразуется в напряжение 5 В.From the external connector 4, a supply voltage in the range from 9 V to 36 V is supplied to the switching step-down voltage regulator 8, where it is converted to a voltage of 5 V.

Напряжение питания 5 В с выхода импульсного понижающего стабилизатора напряжения 8 поступает на микросхему 1 и на элемент 6 «Исключающее ИЛИ». При подаче питания выход элемента 6 «Исключающее ИЛИ» находится в состоянии логической «1». Микросхема 1 переводится в режим непрерывного измерения, производя автономный мониторинг температуры датчиком температуры 10, и работает в режиме цифрового датчика, непрерывно передающего информацию о текущей температуре в абсолютной величине внешним устройствам (не показаны), например, персональной электронной вычислительной машине (ПЭВМ).A supply voltage of 5 V from the output of a pulsed step-down voltage regulator 8 is supplied to the microcircuit 1 and to the XOR element 6. When power is applied, the output of element 6 "XOR" is in the state of logical "1". The microcircuit 1 is switched to the continuous measurement mode, performing autonomous temperature monitoring by the temperature sensor 10, and operates in the digital sensor mode, continuously transmitting information about the current temperature in absolute value to external devices (not shown), for example, a personal electronic computer (PC).

Когда устройство работает в качестве термостата, обеспечивающего гистерезисное управление нагревательным элементом или элементом охлаждения, то если измеряемая температура станет равной или превысит значение, сохраненное в регистре 18 верхней пороговой температуры, с выхода Tcom компаратора 15 на вход буферного усилителя 5 поступит сигнал управления - логическая «1». Как только температура станет равной или меньше, чем значение, сохраненное в регистре нижней 17 пороговой температуры, с выхода Tcom компаратора 15 будет идти сигнал - логический «0».When the device operates as a thermostat that provides hysteresis control of a heating element or a cooling element, then if the measured temperature becomes equal to or exceeds the value stored in the register 18 of the upper threshold temperature, a control signal will be sent from the Tcom output of the comparator 15 to the input of the buffer amplifier 5 - logical " 1". As soon as the temperature becomes equal to or less than the value stored in the lower threshold temperature register 17, a signal will be sent from the Tcom output of the comparator 15 - logical "0".

Когда датчик-реле работает в качестве сигнализатора температуры, задействованы выход Thigh или выход Tlow компаратора 15.When the relay is operating as a temperature alarm, the Thigh output or the Tlow output of the comparator 15 is enabled.

Если датчик-реле работает в качестве сигнализатора высокой температуры, то когда значение измеренной температуры станет больше или равно значению, сохраненному в регистре верхней 18 пороговой температуры, с выхода Thigh компаратора 15 на вход буферного усилителя 5 будет поступать сигнал управления - логическая «1». Как только температура станет меньше значения, сохраненного в регистре 18 верхней пороговой температуры, с выхода Thigh компаратора 15 будет поступать сигнал управления - логический «0». Выход Tlow работает аналогично выходу Thigh. Если датчик-реле работает в качестве сигнализатора низкой температуры, то когда значение измеренной температуры станет меньше или равно значению, сохраненному в регистре нижней 17 пороговой температуры, с выхода Tlow компаратора 15 на вход буферного усилителя 5 будет поступать сигнал управления - логическая «1». Как только температура превысит значение, сохраненное в регистре нижней 17 пороговой температуры, с выхода Tlow компаратора 15 будет поступать сигнал управления - логический «0».If the relay sensor works as a high temperature alarm, then when the value of the measured temperature becomes greater than or equal to the value stored in the upper threshold temperature register 18, a control signal will be sent from the output Thigh of the comparator 15 to the input of the buffer amplifier 5 - logical "1". As soon as the temperature becomes less than the value stored in the register 18 of the upper threshold temperature, the output Thigh of the comparator 15 will receive a control signal - logical "0". The Tlow output works similarly to the Thigh output. If the relay sensor works as a low temperature alarm, then when the value of the measured temperature becomes less than or equal to the value stored in the lower threshold temperature register 17, a control signal will be sent from the output Tlow of the comparator 15 to the input of the buffer amplifier 5 - logical "1". As soon as the temperature exceeds the value stored in the lower threshold temperature register 17, the output Tlow of the comparator 15 will receive a control signal - logical "0".

Элемент 6 «Исключающее ИЛИ», в зависимости от величины поступающего напряжения на третий вход, определяет режим работы оптореле 7.Element 6 "Exclusive OR", depending on the magnitude of the incoming voltage to the third input, determines the operating mode of the opto-relay 7.

Когда на третий вход элемента 6 «Исключающее ИЛИ» с четвертого выхода внешнего разъема 4 поступает сигнал управления напряжением 5 В, оптореле 7 работает в «нормально разомкнутом» режиме. После поступления на вход буферного усилителя 5 логической «1», усиленный сигнал управления передается на первый вход элемента 6 «Исключающее ИЛИ». На первом входе элемента 6 «Исключающее ИЛИ» формируется логический «0», вследствие чего эмиттер транзистора 24 элемента 6 «Исключающее ИЛИ» оказывается подключен к цепи с напряжением 0 В. Так как база транзистора 24 через резисторы 20, 21 соединена со вторым входом (5 В), то через переход эмиттер-коллектор транзистора 24 начинает протекать ток, который поступает на оптореле 7 и замыкает его выходные контакты. Как только на вход буферного усилителя 5 поступит логический «0», сигнал управления снимается. На первом входе элемента 6 «Исключающее ИЛИ» устанавливается логическая «1» и протекание тока через переход эмиттер-коллектор транзистора 24 прекращается. На оптореле 7 сигнал не поступает и его выходные контакты размыкаются.When the third input of the element 6 "XOR" from the fourth output of the external connector 4 receives a voltage control signal of 5 V, the opto-relay 7 operates in the "normally open" mode. After the input of the buffer amplifier 5 logical "1", the amplified control signal is transmitted to the first input of the element 6 "XOR". At the first input of element 6 "XOR" a logical "0" is formed, as a result of which the emitter of transistor 24 of element 6 "XOR" is connected to a circuit with a voltage of 0 V. Since the base of transistor 24 is connected through resistors 20, 21 to the second input ( 5 V), then a current begins to flow through the emitter-collector junction of transistor 24, which enters the opto-relay 7 and closes its output contacts. As soon as the input of the buffer amplifier 5 receives a logical "0", the control signal is removed. At the first input of the element 6 "XOR" is set to logical "1" and the flow of current through the emitter-collector junction of the transistor 24 stops. Optorelay 7 does not receive a signal and its output contacts open.

Когда на третий вход элемента 6 «Исключающее ИЛИ» с четвертого выхода внешнего разъема 4 поступает сигнал управления напряжением 0 В, оптореле 7 работает в «нормально замкнутом» режиме. Эмиттер транзистора 25 оказывается подключен к цепи с напряжением 0 В. Так как база транзистора 25 через резистор 19 подключена ко второму входу (5 В), то через переход эмиттер-коллектор транзистора 25 начинает протекать ток, который поступает на оптореле 7 и замыкает его выходные контакты сразу после подачи напряжения питания на датчик-реле. После поступления на вход буферного усилителя 5 логической «1», усиленный сигнал управления передается на первый вход элемента 6 «Исключающее ИЛИ». На первом входе элемента 6 «Исключающее ИЛИ» установится логический «0», вследствие чего переход эмиттер-коллектор транзистора 25 закроется и прекратится протекание тока через оптореле 7, что приведет к размыканию его выходных контактов.When the third input of the element 6 "XOR" from the fourth output of the external connector 4 receives a voltage control signal of 0 V, the opto-relay 7 operates in the "normally closed" mode. The emitter of transistor 25 is connected to a circuit with a voltage of 0 V. Since the base of transistor 25 is connected to the second input (5 V) through resistor 19, a current begins to flow through the emitter-collector junction of transistor 25, which flows to opto-relay 7 and closes its output contacts immediately after applying the supply voltage to the sensor-relay. After the input of the buffer amplifier 5 logical "1", the amplified control signal is transmitted to the first input of the element 6 "XOR". At the first input of element 6 "XOR" logical "0" will be set, as a result of which the emitter-collector junction of transistor 25 will close and the current flow through the opto-relay 7 will stop, which will lead to opening of its output contacts.

Предлагаемое устройство может быть изготовлено с помощью известных средств и технологий.The proposed device can be manufactured using known means and technologies.

Электронный датчик-реле температуры является функционально законченным устройством и позволяет осуществлять автономный и управляемый мониторинг температуры и коммутацию электрических цепей в зависимости от величины температуры в продукции промышленного и специального назначения, обладает повышенной точностью, надежностью и высокой степенью унификации.The electronic temperature sensor-relay is a functionally complete device and allows for autonomous and controlled temperature monitoring and switching of electrical circuits depending on the temperature in industrial and special-purpose products, has increased accuracy, reliability and a high degree of unification.

Claims (7)

1. Электронный датчик-реле температуры, содержащий буферный усилитель и расположенную на плате микросхему программируемого цифрового термометра с входящими в нее компаратором с тремя выходами (Tcom, Thigh и Tlow) и последовательно соединенными датчиком температуры, аналогово-цифровым преобразователем (АЦП) температуры, блоком управления, состоящим из регистра конфигурации, регистра верхней пороговой температуры и регистра нижней пороговой температуры, блоком последовательного интерфейса, энергонезависимой памятью (EEPROM), при этом первый вход компаратора соединен со вторым выходом АЦП температуры, второй вход - с выходом регистра верхней пороговой температуры, третий вход - с выходом регистра нижней пороговой температуры, а один из трех выходов компаратора соединен с входом буферного усилителя, отличающийся тем, что включает внешний разъем и вторую плату с расположенными на ней импульсным понижающим стабилизатором напряжения, двумя диодами и последовательно соединенными буферным усилителем, элементом «Исключающее ИЛИ», оптореле, при этом первый вход-выход внешнего разъема соединен с входом-выходом блока последовательного интерфейса, выход оптореле соединен со вторым входом внешнего разъема, второй выход внешнего разъема соединен с входом импульсного понижающего стабилизатора напряжения, выход импульсного понижающего стабилизатора напряжения соединен через первый диод, а третий выход внешнего разъема через второй диод соединены с входом микросхемы программируемого цифрового термометра и вторым входом элемента «Исключающее ИЛИ», четвертый выход внешнего разъема соединен с третьим входом элемента «Исключающее ИЛИ».1. An electronic temperature sensor-relay containing a buffer amplifier and a microcircuit of a programmable digital thermometer located on the board with a comparator with three outputs (Tcom, Thigh and Tlow) included in it and a temperature sensor connected in series, an analog-to-digital converter (ADC) of temperature, a block control, consisting of a configuration register, an upper threshold temperature register and a lower threshold temperature register, a serial interface unit, non-volatile memory (EEPROM), while the first input of the comparator is connected to the second output of the temperature ADC, the second input is connected to the output of the upper threshold temperature register, the third input - with the output of the register of the lower threshold temperature, and one of the three outputs of the comparator is connected to the input of the buffer amplifier, characterized in that it includes an external connector and a second board with a pulsed step-down voltage regulator located on it, two diodes and a buffer force connected in series the first input-output of the external connector is connected to the input-output of the serial interface block, the output of the opto-relay is connected to the second input of the external connector, the second output of the external connector is connected to the of the step-down voltage regulator is connected through the first diode, and the third output of the external connector is connected through the second diode to the input of the microcircuit of the programmable digital thermometer and the second input of the XOR element, the fourth output of the external connector is connected to the third input of the XOR element. 2. Электронный датчик-реле температуры по п. 1, отличающийся тем, что элемент «Исключающее ИЛИ» состоит из двух транзисторов и пяти резисторов, при этом первый вход элемента «Исключающее ИЛИ» соединен с эмиттером первого и базой второго транзисторов, вторым выводом первого резистора, второй вход соединен с первыми выводами первого, второго и пятого резисторов, третий вход соединен со вторым выводом второго резистора, первым выводом третьего резистора и эмиттером второго транзистора, второй вывод третьего резистора соединен с базой первого транзистора, коллектор первого транзистора и коллектор второго транзистора соединены с первым выводом четвертого резистора, второй вывод четвертого резистора соединен со вторым выводом пятого резистора и выходом элемента «Исключающее ИЛИ».2. Electronic temperature sensor according to claim 1, characterized in that the XOR element consists of two transistors and five resistors, while the first input of the XOR element is connected to the emitter of the first and the base of the second transistor, the second output of the first resistor, the second input is connected to the first terminals of the first, second and fifth resistors, the third input is connected to the second terminal of the second resistor, the first terminal of the third resistor and the emitter of the second transistor, the second terminal of the third resistor is connected to the base of the first transistor, the collector of the first transistor and the collector of the second transistor connected to the first terminal of the fourth resistor, the second terminal of the fourth resistor is connected to the second terminal of the fifth resistor and the output of the XOR element. 3. Электронный датчик-реле температуры по п. 1, отличающийся тем, что при подключении выхода Tcom компаратора к входу буферного усилителя электронный датчик-реле температуры работает в режиме термостата.3. Electronic temperature sensor-switch according to claim 1, characterized in that when the Tcom output of the comparator is connected to the input of the buffer amplifier, the electronic temperature sensor-switch operates in thermostat mode. 4. Электронный датчик-реле температуры по п. 1, отличающийся тем, что при подключении выхода Thigh компаратора к входу буферного усилителя электронный датчик-реле температуры работает в режиме сигнализатора высокой температуры.4. Electronic temperature sensor-switch according to claim 1, characterized in that when the Thigh output of the comparator is connected to the input of the buffer amplifier, the electronic temperature sensor-switch operates in the high temperature alarm mode. 5. Электронный датчик-реле температуры по п. 1, отличающийся тем, что при подключении выхода Tlow компаратора к входу буферного усилителя электронный датчик-реле температуры работает в режиме сигнализатора низкой температуры.5. Electronic temperature sensor-switch according to claim 1, characterized in that when the Tlow output of the comparator is connected to the input of the buffer amplifier, the electronic temperature sensor-switch operates in the low temperature alarm mode. 6. Электронный датчик-реле температуры по п. 1, отличающийся тем, что при подаче на третий вход элемента «Исключающее ИЛИ» напряжения 5 В электронный датчик-реле температуры работает в «нормально разомкнутом» режиме.6. Electronic temperature sensor-switch according to claim 1, characterized in that when a voltage of 5 V is applied to the third input of the XOR element, the electronic temperature sensor-switch operates in the "normally open" mode. 7. Электронный датчик-реле температуры по п. 1, отличающийся тем, что при подаче на третий вход элемента «Исключающее ИЛИ» напряжения 0 В электронный датчик-реле температуры работает в «нормально замкнутом» режиме.7. Electronic temperature sensor-switch according to claim 1, characterized in that when a voltage of 0 V is applied to the third input of the XOR element, the electronic temperature sensor-switch operates in a "normally closed" mode.
RU2022117612A 2022-06-28 Electronic temperature sensor-relay RU2788329C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2788329C1 true RU2788329C1 (en) 2023-01-17

Family

ID=

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU888082A1 (en) * 1980-03-12 1981-12-07 Сктб Копировально-Множительной Техники Temperature regulator
US4751961A (en) * 1986-02-18 1988-06-21 Honeywell Inc. Electronic programmable thermostat
SU1451849A1 (en) * 1987-06-08 1989-01-15 Л.П.Дмитренко и К.И.Лутаев Temperature-responsive relay
RU2105345C1 (en) * 1989-04-03 1998-02-20 Волохов Валентин Петрович Heating temperature regulator
RU2263339C2 (en) * 2003-06-30 2005-10-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Производственное объединение "Старт" Temperature adjuster
RU204959U1 (en) * 2021-04-02 2021-06-21 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) Temperature regulator

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU888082A1 (en) * 1980-03-12 1981-12-07 Сктб Копировально-Множительной Техники Temperature regulator
US4751961A (en) * 1986-02-18 1988-06-21 Honeywell Inc. Electronic programmable thermostat
SU1451849A1 (en) * 1987-06-08 1989-01-15 Л.П.Дмитренко и К.И.Лутаев Temperature-responsive relay
RU2105345C1 (en) * 1989-04-03 1998-02-20 Волохов Валентин Петрович Heating temperature regulator
RU2263339C2 (en) * 2003-06-30 2005-10-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Производственное объединение "Старт" Temperature adjuster
RU204959U1 (en) * 2021-04-02 2021-06-21 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) Temperature regulator

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4908608B2 (en) Electric load current control device
CN106849919B (en) Apparatus and method for protection curve using integration
US7420792B2 (en) Linear charger where the material temperature directly affects the circuit thermal control
US6934652B2 (en) On-chip temperature measurement technique
US10295416B2 (en) Temperature sensing circuit with temperature coefficient estimation and compensation using time variable substrate heating
CN101783664B (en) Power supply voltage monitoring circuit and electronic circuit including power supply voltage monitoring circuit
EP0432925A2 (en) Method and apparatus for sensing thermal stress in integrated circuits
US9829900B2 (en) Voltage regulator
US7880661B2 (en) Analog-digital converter and on-die thermal sensor including the same
US11320321B2 (en) Determining a characteristic temperature of an electric or electronic system
US20050099163A1 (en) Temperature manager
US9063554B2 (en) Signal determination apparatus and temperature determination apparatus
IES20010192A2 (en) An Integrated Circuit Chip for use as an Electronic Thermostat
RU2788329C1 (en) Electronic temperature sensor-relay
US3684172A (en) Thermocouple temperature control system
US4370546A (en) Kiln temperature controller
US4625128A (en) Integrated circuit temperature sensor
CN113424447A (en) Threshold detector of power-on reset circuit with improved switch level accuracy during temperature variation
CN116171410A (en) Intrinsically safe automation field device
CN110968144A (en) Analog output method, system, medium, and apparatus based on temperature sensor circuit
CN109815078B (en) Operating system and control circuit thereof
CN216752116U (en) Constant-temperature heating circuit with feedback and capable of realizing automatic temperature control of hardware
US4137467A (en) Sensor interface circuit
CN111373526A (en) System and method for allowing restoration of interconnections of die of power supply module
US20230215672A1 (en) Current loop transmitter circuitry for monitoring a dry contact switch state