SU1022128A1

SU1022128A1 - Temperature regulator

Info

Publication number: SU1022128A1
Application number: SU823415408A
Authority: SU
Inventors: Юрий Стефанович Сербулов; Геннадий Александрович Мулин; Юрий Федорович Шутилин
Original assignee: Воронежский технологический институт
Priority date: 1982-03-29
Filing date: 1982-03-29
Publication date: 1983-06-07

Abstract

1. РЕГУЛЯТОР ТЕМПЕРАТУРЫ, СОдержащий нагревательный элемент, датчик , источник напр жени , блок управлени мощностью нагревательного элемента , отличающийс тем, что, с цепью повышени точности и стабильности устройства в работе, введены программирующий задатчик и последовательно соединенные интегратор , операционный усилитель, ог).,аничивающий резистор, блок выключени тиристора, выключающий транзистор и тиристор, анод которого соединен с источником напр жени , катод -с нагревательным элементом и с эмиттером выключающего транзистора, управл ющий электрод соединен с входом блока выключени тиристора и с первым входом интегратора, второй и третий входы которого соединены с датчиком, второй вход операционного усилител соединен с выходом программирующего эадатчика, вход которого соединен с третьим входом интегратора, между управл ющим электродом тиристора и г вторым входом операционного усилител включен стабилитрон. 2.Регул тор по п. 1, отличающийс тем, что интегратор содержит операционный усилитель, пр мой и инверсный входы которого соединены с эмиттерами первого и второго эмиттерных повторителей и через соответствующие первый и второй резисторы - с источником отрицательного напр жени , база первого эмиттерного повторител соединена с третьим входом интегратора, база второго эмиттерного повторител соединена через конденсатор с выходом операционного усилител и через третий резистор с первым и вторым входами интегратора , коллекторы первого и вто;рого эмиттерных повторителей объединены и соединены через четвертый резистор с источником поло 1тельного напр жени , между коллекторами эмиттерных повторителей и общей шиной включен стабилитрон, источники положительного и отрицательного напр жеэ ний соединены с соответствующими 4D входами операционного усилител . 3.Регул тор по п. 1, отлиN0 чающийс тем, что программирующий задатчик содержит задающие резисторы и последовательно соедиND 00 ненные генератор импульсов, счетчик адреса и программное устройство, соединенное выходами с первыми входа ми ключей упЕ авлени , вторые входы которых соединены с задающими резисторами , выходы ключей управлени соединены между собой и с выходом программирующего задатчика.1. TEMPERATURE REGULATOR, Containing heating element, sensor, voltage source, heating element power control unit, characterized in that, with a circuit to improve the accuracy and stability of the device in operation, a programming unit and series-connected integrator, operational amplifier, og) are introduced. tripping resistor, thyristor switching off unit, turning off a transistor and a thyristor, the anode of which is connected to a voltage source, the cathode - with a heating element and an emitter that turns off the transis torus, the control electrode is connected to the input of the thyristor shutdown unit and to the first input of the integrator, the second and third inputs of which are connected to the sensor, the second input of the operational amplifier is connected to the output of the programming sensor, the input of which is connected to the third input of the integrator, between the control electrode of the thyristor and g the second input of the operational amplifier turned on the zener diode. 2. The regulator according to claim 1, characterized in that the integrator contains an operational amplifier, the direct and inverse inputs of which are connected to the emitters of the first and second emitter repeaters and through the corresponding first and second resistors to a source of negative voltage, the base of the first emitter follower connected to the third input of the integrator, the base of the second emitter follower is connected through a capacitor to the output of the operational amplifier and through a third resistor to the first and second inputs of the integrator, the collectors of the first The second and second emitter followers are connected and connected via a fourth resistor to a positive voltage source, a zener diode is connected between the emitter follower collectors and the common bus, and the sources of positive and negative voltages are connected to the corresponding 4D inputs of the operational amplifier. 3. The regulator according to claim 1, which differs in that the programming unit contains set resistors and connects a series of pulse generators, an address counter, and a program device connected by outputs to the first inputs of the keys of the relay, the second inputs of which are connected to the setting resistors , the outputs of the control keys are interconnected and with the output of the programming unit.

Description

Изобретение относитс к автомати ческому регулированию различных теп лоэнергетических и химико-технологи ческих процессов и может быть испол зовано, например, при регулировании температуры в процессах химической технологии, при исследовании структуры и свойств материалов. Известен щиротно-импульсный терморегул тор , содержащий последовательно соединенные термочувствитель ный усилитель, усилитель мощности, а также элемент емкостной обратной св зи и подключенный к формирующему усилителю источник посто нного напр жени , причем элемент емкостной обратной св зи включен между входом и- выходом формирующего усилител { Наиболее близким к изобретению по технической сущности вл етс регул тор температуры, содержащий нагревательный элемент на транзисто ре, источник напр жени , датчик, включенный в плечо измерительного моста, блок управлени мощностью нагревательного элемента, эмиттерны повторитель, трансформатор. В цепи перекрестнЕлх св зей блока управлени выполненного по схеме управл емого генератора, включены термостабилизи рующие цепи, содержащие транзисторы базы которых соединены мелщу собой и с одной вершиной моста, а эмиттеры через сопротивлени соединены с другой вершиной моста, коллекторы соединены через конденсатор с коллекторами одних и базами других тра зисторов генератора, эмиттеры которых соединены с источником отрицательного напр жени Г2, Недостатком известного регул тора температур вл етс невозможност егр. применени в случае,когда требуютс , изменени температуры по заданной программе во времени. Недостаточна линейность частоты преобра зовани от напр жени разбаланса, низка выходна мощность не позвол ет использовать данный регул тор температуры.в объектах, требующих больших затрат мощности, а также, где необходимо обеспечить точное управление выходным напр жением и соответствующую частотную характеристику на заданной частоте переклю чени . I , Целью изобретени вл етс повышение точности и стабильности в работе устройства. Поставленна цель достигаетс тем что в регул тор температуры, содерж щий нагревательный элемент, датчик, источник напр жени , блок управлени мощностью нагревательного эле-. мента, введены программирующий зада чик и последовательно соединенные интегратор, операционный усилитель, ограничивающий резистор, блок-выключени тиристора, включающий транзистор и тиристор, анод которого соединен с источником напр жени , катод - с нагревательным элементом и с эмиттером выключающего транзистора, управл ющий электрод соединен с входом блока выключени тиристора . ИС первым входом интегратора, вторбй и третий входы которого соеди- .. нены с датчиком, второй вход операционного усилител соединен с выходом программирующего задатчика, входкоторого соединен с третьим входом интегратора,между управл ющим электродом тиристора и вторьлм входом операционного усилител включен стабилитрон. Кроме того, интегратор содержит операционный усилитель, пр мой и-инверсный входы которого соединены с эмиттерами первого и второго эмиттерных повторителей и через соот- ветствующие первый и второй резисторы - с источником отрицательного напр жени , база первого эмиттерного повторител соединеиа с третьим входом интегратора, база второго эмиттерного повторител соединена через конденсатор с выходом операционного усилител и через третий резистор с первым и вторым входами интегратора, коллекторы первого и второго змиттерных повторителей объеди-нены и соединены через четвертый резистор с источником положительного напр жени , между -коллекторами эмиттерных повторителей и общей шиной включ-ен стабилитрон., источник поло-, жительного и отрицательного напр жений соединены с соответствующими входами операционного усилител . При этом программируюгций задатчик содержит задающие резисторы и последовательно соединенные генератор импульсов счетчик адреса И программное устройство, выходами соединен-; ное с первыми входами ключей управлени , вторые входы которых-соединены с задающими резисторами, выходы ключей управлени соединены между собой и с выходом программирующего задатчика. На чертеже фиг. 1 приведена схема регул тора температуры; на фиг. 2 показаны эпюры напр жений, по сн юище принцип работы преобразовател температуры в частоту импульсов, поступающих на управл ющий тиристор. Регул тор температуры содержит усилитель-ограничитель 1, состо щий . из операционного усилител 2, ограничивающего резистора 3 и стабилитрона 4, датчик 5, интегратор 6, который состоит из операционного усилител 7, третьегорезистора 8, первого и второго резисторов 9, четвертого резистора 10, конденсатора 11, первого и второго эмиттерных повторителей 12 и стабилитрюна 13, тиристор 14, нагревательный элемент 15, выключающий транзистор 16, блок 17 выключени тиристора, состо щий из дифференцирующей цепи. 18 и 19, Одновибратор 20, цепи 21 задани длительности импульса, инвертора 22, транзистора 23 и элементов 24 задани режима, программирующий задатчик 25,. состо щий из програм№1рующих резисторов 26, утючей 27 управлени , программного устройства 28, счетчика 29 адреса и генератора 30.:.The invention relates to the automatic regulation of various thermal energy and chemical technological processes and can be used, for example, in temperature control in chemical engineering processes, in the study of the structure and properties of materials. A known pulse-width thermostat containing a series-connected temperature-sensitive amplifier, a power amplifier, as well as a capacitive feedback element and a constant voltage source connected to the forming amplifier, and a capacitive feedback element connected between the input and output of the forming amplifier { The closest to the invention in its technical essence is a temperature controller containing a heating element on a transistor, a voltage source, a sensor included in the arm of eritelnogo bridge, the power control unit of the heating element, the emitter follower, the transformer. Thermal stabilization circuits are included in the cross-coupling circuit of the control unit of the controlled oscillator circuit, the base transistors of which are connected to one peak of the bridge, and the emitters are connected to another peak of the bridge through resistors, the collectors are connected via a capacitor to the collectors of one and Bases of other generator resistors, the emitters of which are connected to the source of the negative voltage G2. A disadvantage of the known temperature controller is the impossibility of a reg. application in the case when required, temperature changes for a given program over time. Insufficient linearity of the conversion frequency versus unbalance voltage, low output power does not allow using this temperature controller. In objects requiring large power consumption, as well as where it is necessary to ensure precise control of the output voltage and the corresponding frequency response at a given switching frequency . I The purpose of the invention is to improve the accuracy and stability of the device. The goal is achieved by the fact that a temperature controller containing a heating element, a sensor, a voltage source, a power control unit of the heating element. The programmer introduced a sequential connected integrator, an operational amplifier, a limiting resistor, a thyristor blocking switch, including a transistor and a thyristor, the anode of which is connected to a voltage source, the cathode is connected to a heating element and an emitter of the turning off transistor, the control electrode is connected with the input of the thyristor shutdown unit. The IC is the first input of the integrator, the second and third inputs of which are connected to the sensor, the second input of the operational amplifier is connected to the output of the programming setter, the input of which is connected to the third input of the integrator, and the second input of the operational amplifier has a zener diode. In addition, the integrator contains an operational amplifier, the direct and inverse inputs of which are connected to the emitters of the first and second emitter repeaters and through the corresponding first and second resistors to the negative voltage source, the base of the first emitter repeater, the base the second emitter follower is connected through a capacitor to the output of the operational amplifier and through a third resistor to the first and second inputs of the integrator, the collectors of the first and second emitter repetitions The cells are connected and connected via a fourth resistor with a positive voltage source, between the emitter follower collectors and the common bus Zener diode is turned on. The source of positive and negative voltages are connected to the corresponding inputs of the operational amplifier. At the same time, the programmer of the setpoint generator contains the setting resistors and the pulse generator of the series-connected address counter And the program device, the outputs are connected; It is connected to the first inputs of the control keys, the second inputs of which are connected to the master resistors, the outputs of the control keys are connected to each other and to the output of the programming unit. In FIG. 1 is a diagram of the temperature controller; in fig. Figure 2 shows the voltage plots, for clarity, the principle of operation of the temperature transducer to the frequency of the pulses fed to the control thyristor. The temperature regulator contains a limiting amplifier 1 consisting of. from operational amplifier 2, limiting resistor 3 and zener diode 4, sensor 5, integrator 6, which consists of operational amplifier 7, third resistor 8, first and second resistors 9, fourth resistor 10, capacitor 11, first and second emitter followers 12 and stabilizer 13 , a thyristor 14, a heating element 15, turning off a transistor 16, a thyristor off unit 17, consisting of a differentiating circuit. 18 and 19, One-Vibrator 20, a circuit 21 for setting the pulse width, an inverter 22, a transistor 23, and a mode setting element 24, programming unit 25 ,. consisting of programming resistors 26, a control iron 27, a software device 28, an address counter 29, and a generator 30.

Регул тор температуры работает следующим образом.The temperature regulator operates as follows.

В начал зный. момент включени разнопол рные перепады напр жени (крива 1 фиг, 2) с выхода усилител О17раничител 1 подаютс через делитель , состо щий из датчика-термореаэистора 5 и задающих резисторов 26, На неинвертируквдий .вход операционного усилител 7. Калибровка выходных уровней последнего осуществл етс параметрическим стабилиза.тором напр жени , состо щим из резистора 3 к стабилитрона 4. Компенсаци входного тока, операционного усилител 7 осуществл етс схемой, состо щей из эмиттерного повторител 12, резисторов 9,10 и стабилитрона 13, Элементы врем задающей цепи интегратора 6 (резистор 8 и емкость 11) определ ют стабильность его выходной частогты . In the beginning of the heat. the moment of switching voltage differences (curve 1 of FIG. 2) from the output of amplifier O17 of amplifier 1 are fed through a divider consisting of a thermistor sensor 5 and driving resistors 26, to the non-inverted input of the operational amplifier 7. The calibration of the output levels of the latter is carried out parametric voltage stabilizer consisting of a resistor 3 to the Zener diode 4. The input current is compensated by an operational amplifier 7 by a circuit consisting of an emitter follower 12, resistors 9,10 and Zener diode 13, Element time, the drive circuit of the integrator 6 (resistor 8 and the container 11) determining the stability of its output chastogty.

В момент включени сопротивление холодного терморезистора 5 максимально . Следовательно, напр жение на неинвертирующем входе операционного усилител 7 (крива 2 фиг. 2) максимально . В св зи с тем, что напр жение на входе интегратора 6 (крива 3-фиг. 2) убывает со скоростью,, пропорциональной разности напр жений на- входах операционного усилител 7 данна скорость убывани напр жени . максимальна, и следовательно.частота колебаний.напр жени на выходе интегратора 6 получаетс тоже максимальной . Частота ВЕЛХОДНЫХ импульсов интегратора 6 ..линейна и определ етс сопротивлени ми терморезистора 5 задак цих резисторов 26, резистора 8 и величиной емкости конденсатора 11. At the moment of switching on, the resistance of the cold thermistor 5 is maximum. Consequently, the voltage at the non-inverting input of the operational amplifier 7 (curve 2 of FIG. 2) is maximum. Due to the fact that the voltage at the input of the integrator 6 (curve 3-fig. 2) decreases with a speed proportional to the difference of the voltages at the inputs of the operational amplifier 7, the given rate of voltage decrease. maximum, and therefore the frequency of the oscillations. The voltage at the output of the integrator 6 is also maximized. The frequency of the MULTI pulses of the integrator 6 is linear and is determined by the resistances of the thermistor 5 for specifying resistors 26, resistor 8 and the capacitance value of the capacitor 11.

В момент достижени линейно измен клцегос напр жени на выходе ин- тегратора. 6 нулевого, уровн , за счет цепи положительной обратной св зи с выхода усилител -ограничител 1 на неинвертирующий вход операционного усилител 7 происхддит лавинообразный процесс срабатывани устройства 2 сравнени , в результате чего измен етс пол рность выходного напр жени усилител -ограничител 1 и, как следствие, пол рность скачка напр жени на выходе интегратора 6 . .At the time of the linear variation of the voltage across the output of the integrator. 6 is zero, due to the positive feedback circuit from the output of amplifier-limiter 1 to the non-inverting input of operational amplifier 7, an avalanche-like operation of the comparison device 2 occurs, resulting in a change in polarity of the output voltage of amplifier-limiter 1 and, as a result , polarity of voltage jump at integrator output 6. .

Импульсы с выхода усилител -ограничител 1 открывают тиристор 14, в цепь которого включен нагревательный элемент 15. Так как частота . крыти тиристора 14 в .начальный мо- . The pulses from the output of the amplifier-limiter 1 open the thyristor 14, the circuit of which includes the heating element 15. As the frequency. Thyristor roof 14 in. initial mo-.

0 мент максимальна, то он пропускает максимальную мс цность в нагревательный элемент 15. Блок 17 выключени тиристора позвол ет тиристору- 1.4 находитьс в открытом состо нии в 0 max is maxed out, then it passes maximal ms into the heating element 15. The thyristor switch-off unit 17 allows the thyristor 1.4 to be in the open state in

5 течение посто нного промежутка вре- . мени. .5 for a constant gap of time. meni .

Тиристор 14 включаетс положительным импудьсом, поданным на его ., управл кмций электрод с усилител 0 ограничител 1. Этот же импульс через дифференцирующую цепь 18 запускает Одновибратор 20. По заданному положительному фронту импульса одновибратора 20, проход щему через ин5 вертор 22, усилитель, состо щий из транзистора 23 и элементов 24.задани режима, открываетс выключак ций транзистор 16, шунтирующий тиристор 14.The thyristor 14 is switched on with a positive impedance applied to it. Controlling the electrode with amplifier 0 is the limiter 1. The same impulse through the differentiating circuit 18 triggers the one-oscillator 20. On a given positive front of the one-shot 20 impulse passing through the inverter 22, the amplifier consisting transistor 16, shunt thyristor 14 opens from the transistor 23 and the mode setting elements 24.

00

Ток тиристора 14 ответвл етс через выключающий транзистор 16 с низким напр жением насыщени , ив момент, когда остаточный ток .тиристора 14 становитс меньше тока удержки ,- тиристор 14 выключаетс . Таким The current of the thyristor 14 branches off through the switching-off transistor 16 with a low saturation voltage, and at the moment when the residual current of the thyristor 14 becomes less than the holding current, the thyristor 14 turns off. So

5 образом, нахождение тиристора 14 во включенном состо нии определ етс : длительностью импульса одновибратора 20, котора выбираетс на пор док меньше самого короткого импульса 5, the presence of the thyristor 14 in the on state is determined by: the pulse duration of the one-shot 20, which is an order of magnitude less than the shortest pulse

0 усилител -ограничител 1..0 amplifier limiter 1 ..

По мере повышени температуры сопротивлени терморезистора 5 уменьшаетс и частота включени тиристора 14, и, как следствие, уменьшаетс As the temperature of the resistance of the thermistor 5 increases, the switching frequency of the thyristor 14 decreases and, as a result, decreases

5 мощность, выдел ема в нагревательный элемент 15.5 power released to the heating element 15.

В качестве задатчика температуры используютс задающие резисторы 26, включаекше в цепь в определенной As the setpoint temperature, driver resistors 26 are used, including into the circuit in a certain

0 комбинации с помощью ключей по программе, заложенной в программном устройстве 28. Последнее представл ет собой посто нное, запоминающее устройство емкостью 64 бит. Выбор про5 граммы включени задающих резисторов 26 определ етс счетчиком 29 адреса , а врем их включени генератором 30 i0 combinations with the help of keys according to the program embedded in the software device 28. The latter is a permanent, memory device with a capacity of 64 bits. The choice of the program for turning on the driving resistors 26 is determined by the counter 29 of the address, and the time they are turned on by the generator 30 i

Использование предлагаемого устройства позвол ет увеличить точность The use of the proposed device allows to increase the accuracy

0 и стабильность регулировани и обе .спечивает применение регул тора в объектах, требующих больших затрат .мощности ..0 and stability of regulation, and both .specifies the use of the controller in objects that require large power.

(pvt. f(pvt. f

Фиг.гFigg

Claims

1. TEMPERATURE REGULATOR, comprising a heating element, a sensor, a voltage source, a power control unit of the heating element, characterized in that, in order to increase the accuracy and stability of the device in operation, a programming unit and a series-connected integrator, an operational amplifier limiting a resistor are introduced , a thyristor turn-off unit that turns off the transistor and a thyristor, the anode of which is connected to a voltage source, the cathode — with a heating element and with an emitter of a turn-off transistor, the leading electrode is connected to the input of the thyristor shutdown unit and to the first input of the integrator, the second and third inputs of which are connected to the sensor, the second input of the operational amplifier is connected to the output of the programming master, the input of which is connected to the third input of the integrator, between the thyristor control electrode and the second input of the operating Amplifier included zener diode.

2. The regulator pop. 1, characterized in that the integrator contains an operational amplifier, the direct and inverse inputs of which are connected to the emitters of the first and second emitter followers and through the corresponding first and second resistors to a source of negative voltage, the base of the first emitter follower is connected to the third input of the integrator, the base of the second emitter the repeater is connected through the capacitor to the output of the operational amplifier and through the third resistor S with the first and second inputs of the integrator, the collectors of the first and second / second emit Repeaters are combined and connected through a fourth resistor to a source of positive voltage, a zener diode is connected between collectors of emitter q repeaters and a common bus, and sources of positive and negative voltages are connected to the corresponding inputs of the operational amplifier.

3. The regulator pop. 1, characterized in that the programming unit comprises driving resistors and a pulse generator connected in series, an address counter and a software device connected by outputs to the first inputs of the control keys, the second inputs of which are connected to the driving resistors, the outputs of the control keys are interconnected and output pro; a grammar setter.