SU1293713A1

SU1293713A1 - Temperature controller

Info

Publication number: SU1293713A1
Application number: SU853851616A
Authority: SU
Inventors: Виталий Иванович Флерин; Лев Моисеевич Регельсон
Original assignee: Научно-исследовательский и экспериментальный институт автомобильного электрооборудования и автоприборов
Priority date: 1985-01-25
Filing date: 1985-01-25
Publication date: 1987-02-28

Description

112112

Изобретение относитс к дискретному регулированию температуры с помощью балансных схем, в частности к регулированию температуры в салоне автомобил ,The invention relates to discrete temperature control using balanced circuits, in particular to the regulation of the temperature in an automobile,

Цель изобретени - упрощение устройства.The purpose of the invention is to simplify the device.

На фиг. 1 изображена принцилиаль- нал схема регул тора; на фиг. 2 и 3 - упрощенна балансна схема |;л по снени работы регул тора на положительном и отрицательном порогах температуры.FIG. 1 shows the basic control scheme; in fig. 2 and 3 - simplified balanced scheme |; l to explain the operation of the controller at positive and negative temperature thresholds.

На фигурах и в тексте прин ты следующие обозначени : U - напр жениеIn the figures and in the text the following notation is taken: U - voltage

Ч -H -

потенциал отисточника питани , носительно земли в характерных точках, i - ток в цеп х схемы, t.nop температурный порог срабатывани , Ri - сопротивление i-ro резистора.the potential of the source of power, relative to the earth at characteristic points, i is the current in the circuit, t.nop temperature threshold, Ri is the resistance of the i-ro resistor.

Устройство содержит балансную схему (дискриминатор температуры) 1, дифференциальный операционный усилитель 2 с двухпол рным питанием, усилитель 3 мощности неинвертирующего действи , исполнительный элемент 4, например обмотка реле, обеспечивающего дискретное действие регул тора в целом, цепь 5 положительной обратной св зи единого дифференциального усилител образованного усилител ми 2 и 3. The device contains a balanced circuit (temperature discriminator) 1, a differential operational amplifier 2 with two-pole power supply, a non-inverting power amplifier 3, an actuating element 4, for example, a relay winding providing a discrete action of the regulator as a whole, a positive feedback circuit 5 of a single differential amplifier formed by amplifiers 2 and 3.

Балансна схема 1 состоит из первого делител напр жени на четырех последовательно включенных элементах 6-9. Первый из них (стабилитрон или резистор) 6 подключен к положительной шине питани , а последний (соответственно .резистор или стабилитронThe balance circuit 1 consists of a first voltage divider on four series-connected elements 6-9. The first of them (Zener diode or resistor) 6 is connected to the positive power supply bus, and the last one (respectively. Resistor or Zener diode)

9- к отрицательной. Второй элемент 7 первого делител шунтирован делителем напр жени с терморезистором, состо щим из последовательно соеди- ненньк друг с другом терморезистора9- to negative. The second element 7 of the first divider is shunted by a voltage divider with a thermistor, consisting of a thermistor connected in series with each other

10с отрицательным коэффициентом сопротивлени и опорного резистора 11, т.е. резистора, подбираемого в процессе изготовлени продукции, или переменного резистора, регулируемого на месте. Этот опорный резитор 11 подключен к третьему элементу 8 первого делител . Элементы 710 with a negative resistance coefficient and a reference resistor 11, i.e. a resistor selected during the manufacturing process of the product; or a variable resistor adjustable in place. This support resistor 11 is connected to the third element 8 of the first divider. Elements 7

и 8 могут быть резисторами и стабилитронами , вл ющимис в данном случае функционально эквивалентными элементами. Параллельно третьему элементу 8 первого делител включен шунтирующий его делитель с- терморе- and 8 can be resistors and zener diodes, which in this case are functionally equivalent elements. Parallel to the third element 8 of the first divider, a divider with a thermo-

00

5five

71327132

зистором, состо щий из последовательно соединенных терморезистора 12 и опорного резистора 13, аналогичных элементам 10 и 11 соответ5 ственно. Опорный резистор 13 подключен к четвертому элементу 9 первого делител , В схему 1 вход т также второй и третий делители напр жени , каждый из которых содержит по два последовательно соединенных резистора неодинакового сопротивлени . Резистор 14 второго делител имеет меньшее сопротивление, чем резистор 15 этого делител . Резистор 14 подключен к точке соединени терморезистора 12 с опорным резистором 13, а резистор 15 - к положительной шине питани . Обща точка резисторов 14 и 15 второго делител подключена кa resistor consisting of a series-connected thermistor 12 and a reference resistor 13, similar to elements 10 and 11, respectively. The reference resistor 13 is connected to the fourth element 9 of the first divider, circuit 1 also includes the second and third voltage dividers, each of which contains two series-connected resistors of unequal resistance. The resistor 14 of the second divider has less resistance than the resistor 15 of this divider. The resistor 14 is connected to the connection point of the thermistor 12 with the reference resistor 13, and the resistor 15 is connected to the positive power line. The common point of the resistors 14 and 15 of the second divider is connected to

0 инвертирующему входу дифференциального 2 и 3 усилител (усилители).0 to the inverting input of differential 2 and 3 amplifier (s).

Резистор 16 третьего (резистивно- го) делител имеет меньшее сопротивление , чем резистор 17 этого дели тел . Резистор 16 подключен к точке соединени терморезистора 10 с опорным резистором 11. Резистор 17 соединен с отрицательной шиной питани . Обща точка резисторов 16 и 17 третье30 го делител подключена к неинверти- pyющe ry входу усилител 2-3. Соединение «резистора 17 с отрицательной шиной питани осуществлено через выходное плечо цепи 5 положительнойThe resistor 16 of the third (resistive) divider has less resistance than the resistor 17 of this division of bodies. The resistor 16 is connected to the connection point of the thermistor 10 with the reference resistor 11. The resistor 17 is connected to the negative power rail. The common point of the resistors 16 and 17 of the third 30 divider is connected to the non-inverting input of the amplifier 2-3. The connection "of the resistor 17 to the negative power line is made through the output arm of the chain 5 positive

35 обратной св зи дл создани гистерезиса . Между выходом усилител 2 и базой тpaнзиqтopa 18 включен резистор 19, а между базой и эмиттером этого транзистора и положительной35 feedback to create hysteresis. Between the output of the amplifier 2 and the base of the transistor 18 includes a resistor 19, and between the base and the emitter of this transistor and a positive

40 шиной питани - резиствр 20.40 food bus - resolution 20.

Нагрузочный резистор 21 транзистора 18 подсоединен одним концом к отрицательной шине питани (корпус, земл ), а другим - к базе второгоThe load resistor 21 of the transistor 18 is connected at one end to the negative power line (case, ground), and the other to the base of the second

45 транзистора 22 усилител . Эмиттеры обоих транзисторов подключены к положительной клемме источника питани .45 transistor 22 amplifier. The emitters of both transistors are connected to the positive terminal of the power supply.

5Q В качестве исполнительного элемента 4 использовано комьгутирующее электромагнитное реле 23, обмотка которого включена в коллекторную депь. транзистора 22 и зашунтирована дио5 дом 24, включенньм анодом на отрицательную клемму источника питани . Параллельно обмотке реле подключена цепь 5 положительной обратной св зи, содержаща делитель напр жени на резисторах 25 и 26. Резистор 26 подсоединен к отрицательной клемме источника питани , а обща точка резисторов 25 и 26 подключена к резистору 17 третьего делител напр жени дискриминатора температуры .5Q As the actuating element 4, a switching electromagnetic relay 23 is used, the winding of which is included in the collector gear. transistor 22 and shrouded diode 24, connected by an anode to the negative terminal of the power supply. A positive feedback circuit 5 is connected in parallel to the relay coil, containing a voltage divider across resistors 25 and 26. Resistor 26 is connected to the negative terminal of the power supply, and a common point of resistors 25 and 26 is connected to resistor 17 of the third temperature divider of the temperature discriminator.

Использование устройства на автомобил х преимущественно высшего класса дл управлени производительностью кондиционера.The use of the device on automobiles is predominantly higher class for controlling the performance of the air conditioner.

В салоне кондиционером поддерживаютс комфортные услови . При превышении температуры наружного воздуха +27°С, а также при понижении ее до -20°С устройство обеспечивает переход на максимальную производительность и дополнительный обдув стекол салона дл предотвращени их запотевани или обледенени в зависимости от температуры наружного воздуха.In the cabin air condition maintained comfortable conditions. When the outside air temperature is above + 27 ° C, as well as when it is lowered to -20 ° C, the device provides a switch to maximum performance and additional airflow in the cabin glass to prevent them from misting or icing depending on the outside air temperature.

Наличие двух температурных поро- гов обусловлено выбором двух соответствующих терморезисторов и подбором опорных резисторов 13 и 11. При этом опорным резистором 11 и высокотемпературным терморезистором 10 обеспечивают баланс дифференциального усилител при +27°С, а опорным резистором 13 и низкотемпературным терморезистором 12 обеспечивают баланс дифференциального усилител при -20°С.The presence of two temperature thresholds is due to the choice of two appropriate thermistors and the selection of reference resistors 13 and 11. In this case, the reference resistor 11 and the high-temperature thermistor 10 provide the balance of the differential amplifier at + 27 ° C, and the reference resistor 13 and the low-temperature thermistor 12 provide the balance of the differential amplifier at -20 ° C.

Устройство работает следующим , образом.The device works as follows.

При температуре около +20°С потенциал на инвертирующем входе усилител 2 несколько больше, чем потенциал па неинвертирующем входе. Поэтому на выходе дифференциального усилител 2 поддерживаетс низкий потенциал , транзистор 18 отперт, а транзистор 22 заперт. При этом напр жение на обмотку реле 23 не поступает и оно не срабатывает. При повышении температуры до сопротивление обоих терморезисторов уменьшаетс , в св зи с чем за счет действи терморезистора 10 потенциал на неинвертирующем входе ycилIiтeл 2 становитс несколько выше, чем потенциал на его инвертирующем входе, напр жение на выходе дифференциального уси- :штел51 увеличиваетс , транзистор 18 запираетс , а транзистор 22 отпираетс . При этом реле 23 срабатьтает.At a temperature of about + 20 ° C, the potential at the inverting input of amplifier 2 is slightly larger than the potential of the non-inverting input pa. Therefore, a low potential is maintained at the output of the differential amplifier 2, the transistor 18 is unlocked, and the transistor 22 is locked. In this case, the voltage on the winding of the relay 23 does not flow and it does not work. When the temperature rises to the resistance of both thermistors, it decreases due to the effect of the thermistor 10, the potential at the non-inverting input of the amplifier 2 becomes slightly higher than the potential at its inverting input, the voltage at the output of the differential amplification: stelle 51, the transistor 18 locks and the transistor 22 is unlocked. At the same time, relay 23 triggers.

При температуре окружающей среды -20°С сопротивление обоих терморе10At an ambient temperature of -20 ° C resistance of both thermore10

293713293713

зисторов становитс значительно большим номинального. Это, за счет действи терморезистора 12 приводит к понижению потенциала на инверти- 5 рующем входе усилител 2 по сравнению с потенциалом на неинвертирующем входе и, как следствие этого, к срабатыванию реле 23.The resistor becomes significantly larger than the nominal. This, due to the effect of the thermistor 12, leads to a decrease in the potential at the inverting input of the amplifier 2 compared to the potential at the non-inverting input and, consequently, to the operation of the relay 23.

Так как параллельно обмотке реле включена цепь положительной обратной св зи, то на резисторе 26 при срабатывании реле возникает напр жение, увеличивающее потенциал на неинвертирующем входе усилител 2. Это обеспечивает срабатывание и отпускание реле (захват) при заданном температурном пороге и обусловливает некоторьш гистерезис, т.е. возвращение устройства в исходное состо ние происходит при несколько меньших по абсолютной величине температурах, чем величина порогов срабатывани .Since a positive feedback circuit is connected parallel to the relay winding, a voltage is generated on the resistor 26 when the relay is triggered, increasing the potential at the non-inverting input of amplifier 2. This ensures that the relay triggers and drops at a given temperature threshold and causes some hysteresis, t . The device returns to its original state at temperatures somewhat lower in absolute magnitude than the magnitude of the trigger thresholds.

организаци положительной обратной Св зи не приводит к не- посто нству порогов срабатывани , которое могло бы возникнуть при непосредственном подключении цепи положительной обратной св зи к выходу усилител из-за дрейфа остаточного organizing a positive feedback does not lead to inconsistency in the response thresholds, which could occur when directly connecting a positive feedback circuit to the output of the amplifier due to residual drift

2020

30thirty

напр жени .tension

Работоспособность устройства определ етс правильным выбором параметров схемы.The operability of the device is determined by the correct choice of circuit parameters.

Первый делитель напр жени выби35 рают низкоомным с тем, чтобы при изменени х сопротивлений терморезисторов потенциалы его выходных точек не измен лись. Плечи делител , которые шунтируютс цеп ми, имеющимиThe first voltage divider selects a low impedance so that when the resistance of the thermistors changes, the potentials of its output points do not change. Shoulder divider, which are shunted by chains that have

40 последовательно соединенные терморезистор и опорный резистор, должны быть более низкоомными, чем два других плеча, чтобы с первых снимались достаточно малые напр жени ,40 series-connected thermistor and the reference resistor must be lower-impedance than the other two arms, so that sufficiently small voltages are removed from the first,

45 исключающие вызывающий погрешности самонагрев терморезисторов (из условий допустимой мощности рассеивани терморезисторов).45 excluding self-heating thermistors causing errors (from the conditions of permissible power dissipation of thermistors).

00

Дл обеспечени изменени разности потенциалов на входах дифференциального усилител получение баланса , а затем требуемого разбаланса этого усилител необходимо, чтобы одна из термочувствительных цепей (10, 11) работала на положительном .температурном пороге (в данномTo ensure a change in the potential difference at the inputs of the differential amplifier, obtaining a balance, and then the required unbalance of this amplifier, it is necessary that one of the heat-sensitive circuits (10, 11) operate at a positive temperature threshold (in this

случае t°case t °

+27 С), а друга +27 C), and a friend

(12, 13) - на отрицательном температурном пороге (в данном случае -20°С. Это обеспечиваетс наличием на положительном температурном пороге небольшой разности между величинами сопротивлений высокотемпературного терморезистора 10 и опорного резистора 11 при сопротивлении низкотемпературного терморезистора 12 значительно меньшем сопротивлени опорного резистора 13, а также наличием на отрицательном температурном пороге небольшой разницы между величинами сопротивлений низкотемпературного терморезистора 12 и опорного резистора 13 при сопротивлении высокотемпературного терморезистора 10 значительно большем сопротивлени опорного регистра 11,(12, 13) - at a negative temperature threshold (in this case -20 ° C. This is ensured by the presence at the positive temperature threshold of a small difference between the resistance values of the high-temperature thermistor 10 and the reference resistor 11 when the resistance of the low-temperature thermistor 12 is significantly lower than the resistance of the reference resistor 13, and the presence on the negative temperature threshold of a small difference between the resistance values of the low-temperature thermistor 12 and the reference resistor 13 The motivation of the high-temperature thermistor 10 is significantly greater resistance of the reference register 11,

Максимальна чувствительность устройства на обоих порогах определ етс большим входным сопротивлением второго и третьего делителей (14-17) по сравнению с выходным сопротивлением термочувствительных цепей, содержащих терморезйстор и опорный резистор. Это обеспечиваетс увеличением сопротивлений резисторов делителей, которое ограничиваетс лишь тем, что выходные сопротивлени этих делителей дол $ны быть значительно меньше входного сопротивлени усилител .The maximum sensitivity of the device at both thresholds is determined by the large input resistance of the second and third dividers (14-17) compared to the output resistance of the heat-sensitive circuits containing the thermistor and the reference resistor. This is ensured by an increase in the resistances of the divider resistors, which is limited only by the fact that the output resistances of these dividers must be significantly less than the input resistance of the amplifier.

Выбором сопротивлений резисторов всех делителей обеспечиваетс также одинаковое смещение по питанию на входах усилител , равное примерно половине напр жени ис 1:очника питани . В св зи с этим сопротивление резистора 14 равно сопротивлению резистора 16, а сопротивление резистора 15 - сопротивлению резистора 17.The choice of resistors of all dividers also provides the same power offset at the inputs of the amplifier, equal to about half the voltage of the 1: full-time power source. Therefore, the resistance of resistor 14 is equal to the resistance of resistor 16, and the resistance of resistor 15 to resistance of resistor 17.

Выбором резисторов 25 и 26 обеспечивают требуемый коэффициент положительной обратной св и.The choice of resistors 25 and 26 provide the required coefficient of positive feedback and.

Подбором опорных резисторов 11 и 13 задают температурные пороги усройства , причем, если примен ть регулируемые опорные резисторы, можно измен ть температурные пороги, а также компенсировать эксплуатационный уход параметров терморезисторов на заданных температурных порогах.Selection of the reference resistors 11 and 13 set the temperature thresholds of the device, and if you use adjustable reference resistors, you can change the temperature thresholds, as well as compensate for the operational maintenance of the parameters of thermistors at the given temperature thresholds.

Выбор величины сопротивлени опорных резисторов производ т следущим образом.The selection of the resistance value of the reference resistors is as follows.

На положительном (относительно +20 С) температурном пороге пор характерным вл етс On the positive (with respect to +20 C) temperature threshold of the pores, the characteristic is

очень малое сопротивление терморезисторов 12 по сравнению с сопротивлением опорного резистора 13. Поэтому схема дискриминатора без учета резистора обратной св зи может быть с некоторыми допущени ми преобразована в упрощенную схему, изображенную на фиг. 2. При этом практически посто нные потенциалы соответствующих точек первого делител обозначены 1/ , точникаthe very low resistance of thermistors 12 compared to the resistance of the reference resistor 13. Therefore, the discriminator circuit without considering the feedback resistor can be transformed with some assumptions into the simplified circuit shown in fig. 2. At the same time, almost constant potentials of the corresponding points of the first divider are marked 1 /, the point of

f 3 питани f 3 meals

, а напр жение ис- и. . Потенциал Ч, and the voltage is - and. . Potential h

5five

00

в общем случае вл етс потенциалом точки соединени терморезистора 12 с вторым опорным резистором 13. В данном случае вследствие соблюдени неравенства R R , % а вследствие соблюдени неравенства R 7 RO шунтирующее действие резис13 нin general, is the potential of the junction point of the thermistor 12 with the second reference resistor 13. In this case, due to the inequality R R,% and due to the inequality R 7 RO, the shunt effect of the resistor is 13 n

тора К пренебрежимо мало. Потенциал точки соединени терморезистора 10 с опорным резистором 11 равен Чз При +20° С потенциал Ц) на инверЬTorus K is negligible. The potential of the junction point of the thermistor 10 with the reference resistor 11 is equal to Chz At + 20 ° C potential C) per inverter

тирующем входе усилител 2 несколько больше потенциала Ч , на его неинвертирующем входе. По мере повышени температуры сопротивление терморезистора 10 уменьшаетс , по- 0 тенциаЛ f j и потенциал Ч, на неинвертирующем входе дифференциального усилител растут. На положительном температурном пороге возникаетThe input of amplifier 2 is somewhat greater than the potential of H, at its non-inverting input. As the temperature rises, the resistance of thermistor 10 decreases, the potential fj and the potential H, at the noninverting input of the differential amplifier, increase. On the positive temperature threshold occurs

5five

равенствоequality

вследствие чегоas a result

2 схема срабать вает.2 scheme works.

С учетом изложенногоIn view of the foregoing

RR

А. BUT.

1515

RR

4040

RI.RI.

R +R,,R + R ,,

16 1716 17

2м . -ч2m -h

о R.,about R.,

Ч, Ч, А, ,H, H, A,,

Uo-Ч-,);Uo-Ch-,);

, .,

Это позвол ет установить зависимостьThis allows the dependency to be established.

R.R.

и К.and K.

5five

между .., .. between .., ..

Таким образом дл изменени положительного температурного порога срабатывани необходимо измен ть сопротивление опорного резистора 11.Thus, to change the positive temperature threshold of response, it is necessary to change the resistance of the reference resistor 11.

На отрицательном (относительно +20°С) температурном пороге t°nop +20°CAt a negative (with respect to + 20 ° C) temperature threshold t ° nop + 20 ° C

12937 12937

при соблюдении услови .R R,, схему дискриминатора можно упростить в соответствии с фиг. 3.under the condition .R R ,, the discriminator circuit can be simplified in accordance with FIG. 3

Так же, как и в предыдущем случае, при +20°С потенциал Ч на инверти- 5 рующем входе усилител 2 несколько выше потенциала Ч, на его неинвертирующем входе. По мере уменьшени температуры сопротивление терморезистора 12 увеличиваетс , потендаалJust as in the previous case, at + 20 ° C, the potential H at the inverting input of amplifier 2 is slightly higher than the potential of H, at its non-inverting input. As the temperature decreases, the resistance of thermistor 12 increases, the potential

ЮYU

-Р,-R,

а следовательно, и потенциалand therefore the potential

If инвертирующего входа усилител / уменьшаютс . На отрицательном температурном пороге возникает равенствоIf the inverting input of the amplifier / is reduced. On the negative temperature threshold, equality arises.

4 У , вследствие чего схема срабатывает .4 U, so that the circuit works.

С учетом изложенногоIn view of the foregoing

(i,+ipR, -Ч з;(i, + ipR, -Ч з;

, о-Ч,ohh

ЧH

и,,-bR,,and ,, - bR ,,

% Ч ,. , где i, и i, - ток в цеп х схемы.% H,. where i, and i, is the current in the circuits of the circuit.

1313

5 five

Это позвол ет установить зависимость между и RThis makes it possible to establish a relationship between and R

Таким образом, дл изменени отрицательного температурного порога срабатывани необходимо измен ть сопротивление опорного резистора 13.Thus, in order to change the negative temperature threshold of operation, it is necessary to vary the resistance of the reference resistor 13.

Claims

Invention Formula

A temperature regulator containing voltage dividers, voltage dividers with thermistors and series-connected differential amplifier covered by positive feedback, and an actuator element that, in order to simplify the controller, connected to the power supply bus first divider

Voltage 0 contains four elements connected in series, parallel to each of the middle elements of which is connected a corresponding voltage divider with a thermistor, the average output of each of which is connected to the corresponding power supply bus through the second and third dividers and through the first shoulder of the same dividers respectively; -1m inputs of the differential amplifier.

five

75

f (/8.2

c,

fs / ё.З

Editor L.Pchetshnska

Compiled by L. Pentsova Tehred I. Popovich,

Order 386/53 Circulation 864.Subscription

VN No. 1PI of the USSR State Committee for Inventions and Discoveries

113035, Moscow, Zh-35, Raushsk nab. 4/5

Production and printing company, Uzhgorod, st. Project, 4

Proofreader V. But ha