Регулятор температури електронний

Реферат: Регулятор температури електронний належить до електротехніки і може бути використано для автоматичного регулювання і точного підтримання заданої температури в технологічних процесах різного обладнання: повітря в побутових кухонних печах і духовках, термостатах, медичних стерилізаторах металічного і керамічного інструменту, інкубаторах, закритих житлових і промислових приміщеннях, води в електричних баках різних об'ємів з примусовою циркуляцією, жала паяльника для монтажу електронної техніки, хімічних розчинів в гальванічних ваннах, різних розплавів металів і сплавів в металургії і в іншому схожому обладнанні. Регулятор містить послідовно під'єднані вузол трансформатора, вузол випрямляча, вузол стабілізаторів напруги, вузол синхронізації, вузол обнуління, вузол датчика температури, вузол підсилювача, вузол індикації, вузол задавання температури, вузол мультиплексора, вузол порівнювача, вузол тригера, вузол одновібратора, вузол управління мультиплексором, вузол генератора, вузол задавання цифри, вузол цифрового перетворення, вузол управління симістором, вузол симістора, вузол нагрівача, а також перемикач режимів "Вибір режиму", через одні контакти якого, в режимі "Вимір температури", вихід вузла підсилювача і, через другі контакти якого, в режимі "Задавання температури", вихід вузла задавання температури поєднано до входу вузла індикації. Технічним результатом є дуже плавне (при наборі температури), пропорційне і миттєве (при набраній температурі) регулювання, розширення діапазону регулювання, підвищення довговічності поєднуваних нагрівачів. UA 114431 C2 (12) UA 114431 C2 UA 114431 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід є регулятором температури електронним, належить до електротехніки і може бути використаний для автоматичного регулювання і точного підтримання заданої температури в технологічних процесах різного обладнання: повітря в термостатах, в інкубаторах, в закритих житлових і промислових приміщеннях; води в електричних котлах різних об'ємів з примусовою циркуляцією, жала паяльника для монтажу електронної техніки, хімічних розчинів в гальванічних ваннах, розплавів різних металів і сплавів в металургії і в іншому обладнанні, яке потребує точного підтримання заданої температури. Сучасні тенденції розвитку таких регуляторів диктують підвищені вимоги до таких їхніх показників, як: швидке (миттєве) реагування схеми управління на різні (різкі чи плавні) зміни температури, а також якісне регулювання, тобто, пропорційне пониження чи підвищення напруги на нагрівачі в залежності від будь-якої зміни значення температури на ньому від заданої. На цьому етапі розвитку регуляторів температури відомі, головним чином, два види подання напруги на нагрівач: 1) через контакти потужного реле або магнітного пускача; 2) через р-n-р-n переходи потужних тиристорів чи симісторів. Звичайно, що для точного підтримання заданої температури найбільш економічним способом, а також з погляду технічного виготовлення, вигідним є регулювання температури з використанням напівпровідникових приладів - тиристорів чи симісторів. Такі схеми регулювання дають можливість пропорційно, поступово, різко і плавно змінювати напругу в процесі регулювання на нагрівачі завдяки можливості також пропорційно, поступово, різко і плавно змінювати величину фази електричного кута управління тиристором чи симістором. Для прикладу на цей час відомі: електронний регулятор температури для автоматичного підтримання заданої температури повітря в закритих приміщеннях (а. с. № 2075776, патент РФ, МПК G05D23/19, электронный регулятор температури, Л.Т. Федоров, С.А. Варламов, номер заявки № 93000563/09, заявл. 06.01.1993, опубл. 20.03.1997) і регулятор температури нагріву жала паяльника (а. с. № 2105345, патент РФ, МПК G05D23/19, регулятор температуры нагрева, В.П. Волохов, В.А. Куришко, номер заявки № 4671368/09, заявл. 03.04.1989, опубл. 20.02.1998). До електронного регулятора температури, представленого першим, входять: самобалансуючий міст, масштабний підсилювач, пороговий пристрій, блок прив'язки до фази мережі, буферний підсилювач-формувач, комутаційний блок. Використання в електричній схемі малої кількості функціональних блоків призводить до невеликих затрат на виготовлення, простоти в налагоджуванні і здешевлення регулятора. Судячи з опису роботи регулятора, він задовольняє тим характеристикам, які заклали його розробники в електричну схему. Якщо розглянути блок-схему регулятора, то можна зробити такі висновки: а) самобалансуючий міст без окремого задавача температури має уже через це вузьке призначення і цим звужує технічні і технологічні можливості використання регулятора; б) пороговий пристрій призводить до появи гістерезису в часових характеристиках вмикання і вимикання симістора, що теж звужує технічні і технологічні можливості використання регулятора; в) в регуляторі розробники використали синхронний метод [1] імпульсно-фазового управління симісторами. В цьому методі імпульси управління симісторами синхронізуються частотою мережі. Вмикання симістора відбувається через зміну (в часовому вимірі) ширини напруги на виході порогового пристрою, поріг якого керується напругою розбалансу самобалансуючого моста. Зі збільшенням температури ширина напруги на виході порогового пристрою звужується, а коли температура зменшується, то на виході порогового пристрою ширина напруги розширюється і, таким чином, відбувається регулювання температури. З появою напруги розбалансу на виході самобалансуючого моста, а потім зміненої ширини напруги на виході порогового пристрою, яка перемикає тригер прив'язки і цим дозволяє роботу генератора імпульсів управління, відбувається повне увімкнення симістора, який залишається увімкненим на всій ширині напруги розбалансу. Тобто, використовується регулювання не величиною фази електричного кута управління симісторами, а деякою кількістю напівперіодів напруги, яка залежить від напруги розбалансу самобалансуючого моста, а сама напруга розбалансу - від зміни температури. З таким регулюванням на нагрівач завжди прикладається повна напруга мережі амплітудою 220 В в межах ширини напруги розбалансу. Із різким збільшенням температури, яке може виникнути при цьому, регулятор не встигає відпрацювати зменшення напруги на симісторі, що призводить до появи перерегулювання температури не в дуже значних межах, а також до швидкого спрацьовування обладнання. Це також звужує технічні і технологічні можливості використання регулятора. 1 UA 114431 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Найбільш близьким за сукупністю ознак і технічним результатом до заявленого рішення є регулятор температури нагріву жала паяльника, представленого другим. До нього входять: датчик температури, елемент вибірки-збереження, задавач температури, елемент порівняння, модулятор широтно-імпульсний, формувач синхроімпульсів, одновібратор, елемент логіки "І", комутатор і нагрівач. Цей регулятор теж має просту функціональну схему регулювання, а тому також простий в налагоджуванні і має порівняно малу ціну затрат на його виготовлення. Як і в першому регуляторі, схема цього регулятора теж задовольняє тим характеристикам, яких добивались розробники. Робота електричної схеми регулятора дає можливість зробити деякі висновки: а) елемент вибірки-збереження, розроблений для підвищення точності регулювання, а також для зняття впливу імпульсних перешкод від нагрівача, приймає до себе напругу виміряного значення температури від датчика за величину проміжку часу поданого на нього імпульсу з одновібратора. Також він є елементом пам'яті напруги виміряного значення температури і в проміжку часу, за який відбувається нагрів, зберігає величину напруги, яка надходить з датчика температури. Таким чином, вимір і збереження температури йде невеликими порціями, а не постійно, що може призвести до неякісного регулювання. Це звужує технічні і технологічні можливості використання регулятора; б) розробниками в регуляторі використано метод вертикального імпульсно-фазового управління [1,2] тиристорами і симісторами. В цьому методі імпульс управління симістором формується в момент порівняння: в цьому випадку, напруги, яка пропорційна встановленій температурі і подається від задавача температури на один із входів елемента порівняння, з напругою датчика температури, яка, через елемент вибірки-збереження, подається на другий вхід елемента порівняння. Напруга різниці з виходу елемента порівняння подається на вхід широтно-імпульсного модулятора, де перетворюється в напругу з часовим інтервалом, яка пропорційна цій різниці. Якщо різниця напруг мінімальна, то величина фази електричного кута управління симістором теж мінімальна і симістор ледве відкритий. При максимальній різниці напруг величина фази електричного кута управління теж максимальна і симістор відкривається повністю. Таким чином, відбувається регулювання температури, бо через симістор регульована напруга подається на нагрівач. Але через те, що частина часового відрізку величини фази електричного кута управління використовується для виміру температури на датчику, а потім для збереження значення його напруги, бо такі часові характеристики задаються одновібратором, то не вся величина фази електричного кута управління симістором використовується для регулювання напруги на нагрівачі. Це призводить до звуження діапазону регулювання напруги на нагрівачі, а також до зменшення швидкості регулювання температури, а тому - і до недорегуляції, бо з різким зменшенням температури, яке може виникнути при цьому, на нагрівач прикладається неповна напруга з мережі 220 В і регулятор не встигає відпрацювати таку зміну температури, що теж звужує технічні і технологічні можливості використання регулятора; в) подача напруги виміряного значення температури з датчика на вхід елемента порівняння через елемент вибірки-збереження відбувається з подвоєною частотою мережі (100 Гц), бо такі часові характеристики задані одновібратором, а це низька частота відпрацьовування швидкості реагування регулятора на будь-яку зміну температури, що теж звужує технічні і технологічні можливості використання регулятора. Цей регулятор температури нагріву жала паяльника за кількістю загальних ознак прийнятий за прототип. В основу заявленого рішення поставлено задачу на створення такої електричної схеми регулятора, яка б: а) підвищувала довговічність поєднуваних нагрівачів; б) мала широкий діапазон регулювання; в) мала дуже плавне (при наборі температури), пропорційне, миттєве (при набраній температурі) регулювання; г) мала просте і зрозуміле управління; а також мала інші показники, які мають поліпшувати характеристики регулятора. Ця задача вирішена з використанням в електричній схемі регулятора надійної, довговічної, високочастотної, малоспоживаючої (від джерел живлення) і більш досконалої цифрової елементної бази. До того ж, в електричній схемі регулятора використано, як більш досконалий, цифровий метод управління [1,2] симісторами. Також, поставлена задача вирішена й тим, що електронний регулятор температури, відповідно до заявленого рішення, містить вузол трансформатора, вузол випрямляча, вузол стабілізаторів напруги, вузол синхронізації, вузол обнулення, вузол генератора, вузол задавання цифри, вузол цифрового перетворення, вузол 2 UA 114431 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 управління симістором, вузол симістора, вузол датчика температури, вузол підсилювача, вузол задавання температури, вузол мультиплексора, вузол порівнювача, вузол тригера, вузол одновібратора, вузол управління мультиплексором, вузол індикації, вузол нагрівача, де всі вузли регулятора живляться напругою вузла стабілізаторів напруги, другі виходи вузла підсилювача і вузла задавання температури через контакти перемикача "Вибір режиму" під'єднані до входу вузла індикації, другі входи вузла цифрового перетворення і вузла управління симістором під'єднані до виходів вузла синхронізації і вузла генератора, другі входи вузла задавання цифри і вузла управління мультиплексором під'єднані до виходу вузла обнулення, другі входи вузла генератора, вузла одновібратора і вузла управління мультиплексором під'єднані до виходів вузла тригера, другі входи вузла задавання цифри, вузла тригера і вузла одновібратора під'єднані до виходів вузла порівнювача, послідовно під'єднані вузол одновібратора, вузол управління мультиплексором, вузол мультиплексора, а також послідовно під'єднані вузол генератора, вузол задавання цифри, вузол цифрового перетворення, вузол управління симістором, вузол симістора і вузол нагрівача. Порівнюючи характеристики відомих регуляторів із заявленим, можна зробити такий висновок: а) в порівнянні з регулятором першого прикладу, - у заявленого відсутні самобалансуючий міст і пороговий пристрій, тому й відсутні всі недоліки регулятора першого прикладу; б) в порівнянні з регулятором другого прикладу, у заявленого відсутні елемент вибіркизбереження, модулятор широтно-імпульсний і одновібратор відомої розробки, тому й теж відсутні всі недоліки регулятора другого прикладу. Зважаючи на те, що в регуляторі першого прикладу розробники використали синхронний метод [1] імпульсно-фазового управління симісторами, а в регуляторі другого прикладу - метод вертикального імпульсно-фазового управління [1,2] симісторами, то у заявленого регулятора відсутні недорегуляція і перерегуляція значення температури, вплив імпульсних перешкод на датчик температури, низька швидкість регулювання, низька точність підтримання температури і низька довговічність поєднуваних нагрівачів. Також, через те, що регулятори першого і другого прикладів були розроблені ще в той час, коли промисловість не випускала досконалих радіоелементів і мікросхем управління і розміри тих радіоелементів були значно більшими, то й габарити цих регуляторів значно більші, ніж у заявленого регулятора. Наявність перечислених ознак дозволяє зробити висновок про новизну технічного рішення. При порівнянні заявленого регулятора з відомими регуляторами в цій галузі техніки є сукупність ознак, які вирізняють заявлений регулятор, що дозволяє зробити висновок про винахідницький рівень. Таким чином, заявлений регулятор має нове рішення, має винахідницький рівень, може випускатись промисловістю і бути використаним у промисловості. Суть заявленого рішення пояснюється принципово відмінною електричною схемою регулювання за блок-схемою, яка показана на фігурі. Блок-схема має такі вузли: вузол трансформатора 1, вузол випрямляча 2, вузол стабілізаторів напруги 3, вузол синхронізації 4, вузол обнулення 5, вузол генератора 6, вузол задавання цифри 7, вузол цифрового перетворення 8, вузол управління симістором 9, вузол симістора 10, вузол датчика температури 11, вузол підсилювача 12, вузол задавання температури 13, вузол мультиплексора 14, вузол порівнювача 15, вузол тригера 16, вузол одновібратора 17, вузол управління мультиплексором 18, вузол індикації 19, вузол нагрівача 20. Регулятор температури електронний, скорочено регулятор, працює таким чином: з вмиканням тумблера "Мережа" напруга з мережі 220 В подається на вузол трансформатора 1. З вторинної обмотки трансформатора напруга подається на вузол випрямляча 2. З вузла випрямляча випрямлена напруга подається на вузол стабілізаторів напруги 3. З вузла 3 стабілізовані напруги подаються на всі вузли регулятора. В момент подачі напруги на всі вузли регулятора спрацьовує схема обнулення вузла 5, яка обнулює лічильники задавання цифри вузла 7 і лічильник управління мультиплексором вузла 18 в початковий нульовий стан. Після обнулення регулятор переходить в стан готовності до роботи з ним і є потреба встановити, з допомогою вузла індикації 19, температуру регулювання. В нижньому положенні перемикача "Вибір режиму", в режимі "Задавання температури", через одні контакти перемикача, резистором "Задавання температури" вузла задавання температури 3, встановлюється потрібне значення температури, яке індукується індикаторами вузла індикації 19. В верхньому положенні перемикача "Вибір режиму", в режимі "Вимір температури",через другі контакти перемикача, індикаторами вузла індикації 19, індукується виміряне значення температури. 3 UA 114431 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 В стані готовності регулятора відразу вмикається симістор вузла 10 і через його р-n-р-n переходи на нагрівач вузла 20 з мережі прикладається вся напруга амплітудою 220 В. На нагрівачі підвищується температура. Термопарний (в цьому випадку ХК - хромель-копель) датчик температури вузла 11 виробляє термоелектрорушійну силу ТЕРС, яка подається на вхід підсилювача вузла 12 і, підсилена до потрібного значення, через другі контакти перемикача "Вибір режиму", подається на вхід вузла індикації 19. Також, вона подається на від'ємний вхід вузла порівнювана 15. Напруга заданої температури, з виходу вузла 13, подається на інформаційні входи вузла мультиплексора 14. Інформаційні входи мультиплексора являють собою вісім входів, на яких напруга задавання температури розподіляється за математично розрахованою програмою. Для вибору якогось із входів мультиплексор має паралельні входи управління, які управляють вибором інформаційних входів. В залежності від напруги цифрового коду, яка подається на паралельні входи управління вузла мультиплексора 14 з паралельних виходів лічильника вузла управління мультиплексором 18, відбувається під'єднання якогось із інформаційних входів мультиплексора на його інформаційний вихід (всередині схеми мультиплексора). З інформаційного виходу вузла мультиплексора 14, напруга задавання температури подається на додатний вхід вузла порівнювана 15. З виходу запуску вузла порівнювача 15 напруга, у двійковому коді, подається: на вхід запуску вузла тригера 16, на дозвільний вхід вузла одновібратора 17 і на вхід прямого і зворотного підрахунку імпульсів лічильників задавання цифри вузла 7. З відновлювального виходу вузла порівнювана 15 напруга, теж у двійковому коді, подається на відновлювальний вхід вузла тригера 16. З виходу дозволу вузла тригера 16 сигнал запуску подається на вхід запуску вузла одновібратора 17 і напруга дозволу, у двійковому коді, подається на перший дозвільний вхід вузла генератора 6. З виходу зміни напряму підрахунку імпульсів вузла тригера 16 напруга, у двійковому коді, подається на вхід прямого і зворотного підрахунку імпульсів лічильника вузла управління мультиплексором 18. З імпульсного виходу вузла одновібратора 17 імпульсний сигнал подається на підрахунковий вхід лічильника вузла управління мультиплексором 18, а напруга, у цифровому коді, з паралельних виходів лічильника вузла управління мультиплексором 18 подається на паралельні входи мультиплексора вузла 14. З виходу переносу лічильників задавання цифри вузла 7 напруга дозволу, у двійковому коді, подається на другий дозвільний вхід вузла генератора 6. З виходу низькочастотних імпульсів вузла генератора 6 імпульси низької частоти подаються на підрахунковий вхід лічильників задавання цифри вузла 7. З виходу високочастотних імпульсів вузла генератора 6 імпульси високої частоти подаються на підрахунковий вхід лічильників цифрового перетворення вузла 8 і на заповнювальний вхід вузла управління симістором 9. З паралельних виходів лічильників задавання цифри вузла 7 напруга, у цифровому коді, подається на паралельні входи лічильників цифрового перетворення вузла 8, а з виходу переносу лічильників цифрового перетворення вузла 8 одиночний імпульс збігу двох цифр подається на відновлювальний вхід вузла управління симістором 9. З виходу вузла управління симістором 9 синхронізована серія імпульсів подається на вхід вузла симістора 10, а з виходу вузла симістора 10 напруга, яка залежить від зміни величини фази електричного кута управління симістором, подається на нагрівач вузла 20. Якщо розглянути фізичні процеси регулювання, які відбуваються в регуляторі, то треба відзначити два режими роботи регулятора: а) режим плавного набору температури до заданого значення; б) власне, режим регулювання набраної температури на рівні заданого значення. Режим плавного набору температури відбувається таким чином: в початковому стані, коли на нагрівач прикладена повна напруга з мережі, на датчику температури повільно підвищується напруга ТЕРС. Підсилена підсилювачем, вона є значно нижча за величиною від напруги, яка є на першому, за рахунком, інформаційному нульовому вході мультиплексора. Через таку нерівність напруг, які подаються на входи порівнювача, на виході запуску його виробляється напруга з додатним знаком. Вона подається на дозвільний вхід одновібратора і є дозволом на його запуск. Також вона подається на вхід запуску тригера і переводить його в режим запуску. На вході прямого і зворотного підрахунку імпульсів лічильників задавання цифри ця напруга встановлює прямий підрахунок імпульсів. На виході зміни напряму підрахунку імпульсів тригера виробляється напруга з від'ємним знаком, яка встановлює вхід прямого і зворотного підрахунку 4 UA 114431 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 імпульсів лічильника управління мультиплексором у зворотний підрахунок імпульсів. На виході дозволу тригера виробляється напруга з додатним знаком, яка подається на перший дозвільний вхід генератора. На другий дозвільний вхід генератора з виходу переносу лічильників задавання цифри подається напруга з від'ємним знаком і блокує генератор. З виходу дозволу тригера додатна напруга блокує запуск одновібратора. Таким чином, блокуються лічильник управління мультиплексором і лічильники задавання цифри. Через якийсь час, з підвищенням температури на нагрівачі, датчик виробляє напругу ТЕРС, яка, підсилена підсилювачем, стає рівна, за величиною, напрузі, яка є на першому, за рахунком, інформаційному нульовому вході мультиплексора. На виході запуску порівнювача, в цей момент, виробляється напруга з від'ємним знаком. Вона переводить тригер у відновлювальний режим, а на вході прямого і зворотного підрахунку імпульсів лічильників задавання цифри встановлює зворотний підрахунок імпульсів. З виходу переносу лічильників задавання цифри на другий дозвільний вхід генератора подається напруга з додатним знаком. Через це, на низькочастотному виході генератора формуються низькочастотні імпульси, які подаються на підрахунковий вхід лічильників задавання цифри і лічильники починають зворотний підрахунок імпульсів. У пам'яті лічильників, на цей момент, записано максимальну кількість імпульсів, у цифровому коді, і в лічильниках, від записаної кількості імпульсів, йде їх віднімання. Лічильники постійно запам'ятовують підраховану кількість імпульсів. З пам'яті лічильників ця інформація передається на їх паралельні виходи. З паралельних виходів лічильників задавання цифри інформація, у цифровому коді, постійно подається на паралельні входи запису інформації лічильників цифрового перетворення. На вхід фіксації запису інформації цих лічильників подаються короткі синхроімпульси з вузла синхронізації. В момент подачі, кожний наступний синхроімпульс стирає кожну попередньо записану інформацію з паралельних входів цих лічильників і дозволяє записати ту ж, або нову подальшу інформацію в свою пам'ять, яка постійно подається на їх паралельні входи. На підрахунковий вхід лічильників цифрового перетворення подаються високочастотні імпульси з високочастотного виходу генератора і підраховуються ними. В якийсь момент підрахунку, певна кількість імпульсів збігається з інформацією, яка записана в пам'яті лічильників з паралельних входів і, на виході переносу цих лічильників, виробляється одиночний імпульс збігу двох цифр - записаної в пам'ять лічильників з паралельних входів і підрахованої з генератора. Такий процес - стирання наступним синхроімпульсом попередньої інформації, записаної з паралельних входів лічильників цифрового перетворення у їх пам'ять попереднім синхроімпульсом, і запис в пам'ять цих лічильників наступної інформації з паралельних входів, потім підрахунок високочастотних імпульсів з генератора до його збігу з записаною в пам'яті наступною інформацією і, через цей збіг, вироблення на виході переносу цих лічильників одиночного імпульсу збігу двох цифр повторюється постійно, поки увімкнено регулятор. В початковому стані, коли на нагрівач прикладена вся напруга з мережі і коли на ньому повільно підвищується температура, напруга ТЕРС з датчика, яка підсилюється підсилювачем, є значно нижча, за величиною, від напруги, яка є на першому, за рахунком, інформаційному нульовому вході мультиплексора. Одиночний імпульс збігу двох цифр, в цей момент, знаходиться на незмінній відстані, в часі, якнайдалі від попереднього синхроімпульсу і якнайближче до наступного. Величина відстані одиночного імпульсу збігу, в часі, дорівнює величині фази електричного кута управління симістором, яка зміщена в бік повного вмикання симістора. Симістор повністю увімкнений і на нагрівач прикладена вся напруга з мережі. В момент, коли, через підвищення температури на нагрівачі, напруга ТЕРС з датчика, підсилена підсилювачем, рівна напрузі, яка є на першому, за рахунком, інформаційному нульовому вході мультиплексора, одиночний імпульс збігу двох цифр зміщується, в часі, ближче до попереднього синхроімпульсу і віддаляється від наступного на часову величину, яка залежить від вихідної напруги задавання температури вузла 13, розподіленої за математично розрахованою програмою на інформаційних входах мультиплексора, і, зміщений, залишається на певній часовій відстані від попереднього і, наступного синхроімпульсів. Через рівність величини фази електричного кута управління симістором величині зміщення, в часі, одиночного імпульсу збігу, симістор вимикається на величину фази, яка рівна цьому зміщенню. Напруга на нагрівачі теж зменшується на певну величину. Температура на нагрівачі продовжує підвищуватись, але з певною меншою швидкістю. В момент рівності напруг на входах порівнювача, через яку на виході запуску виробляється напруга з від'ємним знаком, на виході дозволу тригера, при переході його з режиму запуску у відновлювальний, йде зміна знаку напруги з додатного на від'ємний, через яку спрацьовує механізм запуску одновібратора. На виході одновібратора виробляється один імпульс, який подається на підрахунковий вхід лічильника управління мультиплексором. На вхід прямого і 5 UA 114431 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 зворотного підрахунку імпульсів цього лічильника подається від'ємна напруга з виходу зміни напряму підрахунку імпульсів тригера і встановлює зворотний підрахунок імпульсів. В пам'яті лічильника, при обнуленні, записано максимальну кількість імпульсів, у цифровому коді, і в ньому, від записаної кількості, йде їх віднімання, тобто, віднімається один імпульс. Лічильник постійно запам'ятовує підраховану кількість імпульсів і з його пам'яті інформація передається на його паралельні виходи. З паралельних виходів лічильника напруга, у цифровому коді, постійно подається на паралельні входи управління вузла мультиплексора. До інформаційного виходу мультиплексора, через подану інформацію, поєднується другий, за рахунком, інформаційний перший вхід. Напруга на цьому вході вища, за величиною, від напруги на першому, за рахунком, інформаційному нульовому вході і вища від напруги ТЕРС, яку виробляє датчик і підсилює підсилювач. На входи порівнювача знову подається нерівність напруг, через яку, в результаті описаних вище процесів, одиночний імпульс збігу двох цифр продовжує знаходитись на зміщеній незмінній, в часі, відстані від попереднього і наступного синхроімпульсів. Внаслідок цього, зменшена напруга на нагрівачі залишається незмінною. Через постійне підвищення температури на нагрівачі, нерівності і рівності двох напруг - з датчика, підсиленої підсилювачем, і вузла задавання температури - з інформаційного виходу мультиплексора, які виникають внаслідок цього підвищення і подаються на входи порівнювача, призводять до почергового поєднання третього, четвертого, п'ятого, шостого, сьомого і посліднього восьмого, за рахунком, інформаційного сьомого входу мультиплексора до його інформаційного виходу. Тому, одиночний імпульс збігу двох цифр плавно і поступово зміщується, в часі, якнайближче до попереднього і якнайдалі від наступного синхроімпульсів. Так як, величина зміщення, в часі, одиночного імпульсу збігу двох цифр дорівнює величині фази електричного кута управління симістором, відбувається поступове зміщення фази електричного кута в бік вимикання симістора. Якщо температура з датчика, яка індикується вузлом індикації, рівна температурі, яку встановлюють у вузлі задавання температури, фаза електричного кута управління симістором збігається, в часі, з переходом синусоїди напруги змінного струму через електричний нуль. Симістор, таким чином, вимикається повністю і повністю вимикається напруга на нагрівачі. Внаслідок плавного, порівняно повільного і поступового вимикання напруги на нагрівачі температура на ньому теж плавно, порівняно повільно і поступово підвищується до заданого значення, а тому, в процесі набору температури, є відсутнім фактор значної інерції. Через це, коли температура на нагрівачі досягає заданої, певний час вона зберігається сталою в межах одної десятої градуса за Цельсієм. Режим регулювання набраної температури, чи підтримання значення її на заданому рівні, залежить від впливу температури зовнішнього середовища. Спочатку, треба розглянути незначний вплив зовнішньої температури. Так як, на нагрівачі, є незначна інерція перевищення температури, в межах одної десятої градуса за Цельсієм, виникає нерівність напруг на входах порівнювача - вища напруга ТЕРС з датчика, підсилена підсилювачем, і нижча на восьмому, за рахунком, інформаційному сьомому вході мультиплексора, яка подається з вузла задавання температури. На виході запуску порівнювана, через це, виробляється напруга з від'ємним знаком. Вона блокує роботу одновібратора. Переводить тригер у відновлювальний режим. Встановлює зворотний підрахунок імпульсів на вході прямого і зворотного підрахунку імпульсів лічильників задавання цифри. На виході дозволу тригера виробляється напруга з додатним знаком. Вона блокує механізм запуску одновібратора. Є дозволом на першому дозвільному вході генератора. На другий дозвільний вхід генератора з виходу переносу лічильників задавання цифри подається напруга з від'ємним знаком і блокує його. Через записану в пам'ять лічильників нульової кількості імпульсів, у цифровому коді, ця інформація з пам'яті передається на паралельні виходи цих лічильників і з них подається на паралельні входи запису інформації лічильників цифрового перетворення. На виході переносу цих лічильників виробляється одиночний імпульс збігу двох цифр, який, в часі, без змін, знаходиться на якнаближчій відстані до попереднього і якнайдальшій до наступного синхроімпульсів. Величина фази електричного кута управління симістором, через це, збігається, в часі, з переходом синусоїди напруги змінного струму через електричний нуль. Симістор вимкнений. Напруга на нагрівачі відсутня. Нагрів відсутній і температура на нагрівачі поступово знижується. На входах порівнювача, через це, виникає рівність двох напруг - напруги ТЕРС з датчика, підсиленої підсилювачем, і напруги на восьмому, за рахунком, інформаційному сьомому вході мультиплексора. Це призводить до вироблення на виході запуску порівнювача напруги з додатним знаком. Розблоковується одновібратор. Тригер переводиться в режим запуску. Встановлюється зворотний підрахунок імпульсів на вході прямого і зворотного підрахунку імпульсів лічильників задавання цифри. На виході дозволу 6 UA 114431 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 тригера виробляється напруга з від'ємним знаком, яка, при переході знаку напруги з додатного на від'ємний, призводить до спрацьовування механізму запуску одновібратора. Одновібратор виробляє один імпульс, який подається на підрахунковий вхід лічильника управління мультиплексором. З виходу зміни напряму підрахунку імпульсів тригера на вхід прямого і зворотного підрахунку імпульсів цього лічильника подається напруга з додатним знаком і встановлює прямий підрахунок імпульсів. В пам'яті лічильника записана нульова кількість імпульсів у цифровому коді. Лічильник підраховує, поданий з одновібратора, імпульс, запам'ятовує в своїй пам'яті і подає з неї інформацію на паралельні виходи. З паралельних виходів ця інформація подається на паралельні входи управління вузла мультиплексора і, таким чином, під'єднує до інформаційного виходу сьомий, за рахунком, інформаційний шостий вхід. Хоч напруга на сьомому, за рахунком, інформаційному шостому вході нижча від напруги на восьмому, за рахунком, інформаційному сьомому вході, вона є вища від напруги ТЕРС з датчика, підсиленої підсилювачем, через зниження температури на нагрівачі. На входи порівнювача, в цей момент, подаються дві напруги, з яких - нижча напруга ТЕРС і вища напруга на сьомому, за рахунком, інформаційному шостому вході мультиплексора. На виході запуску порівнювача виробляється напруга з додатним знаком. Тригер переводиться в режим запуску і на його виході дозволу виробляється напруга з додатним знаком. Блокується робота одновібратора, подається дозвіл на перший дозвільний вхід генератора. На другий вхід дозволу генератора теж подається дозвіл (напруга з додатним знаком) з виходу переносу лічильників задавання цифри. На вхід прямого і зворотного підрахунку імпульсів лічильників задавання цифри з виходу запуску порівнювача подається напруга з додатним знаком і встановлює прямий підрахунок імпульсів. На підрахунковий вхід лічильників задавання цифри з низькочастотного виходу розблокованого генератора подаються низькочастотні імпульси, які підраховуються цими лічильниками і запам'ятовуються в їх пам'яті. З пам'яті, інформація, у цифровому коді, передається на паралельні виходи лічильників задавання цифри і з них подається на паралельні входи запису інформації лічильників цифрового перетворення. На вхід фіксації запису інформації цих лічильників подаються короткі синхроімпульси з вузла синхронізації, які стирають попередньо записану інформацію і записують подальшу наступну інформацію. На підрахунковий вхід цих лічильників подаються високочастотні імпульси з високочастотного виходу генератора і підраховуються цими лічильниками. В певний момент підрахунку, певна кількість імпульсів збігається з інформацією, записаною в пам'яті цих лічильників з їх паралельних входів і на виході переносу лічильників цифрового перетворення виробляється одиночний імпульс збігу двох цифр, який, тепер, зміщується, в часі, далі від попереднього і ближче до наступного синхроімпульсів. Величина фази електричного кута управління симістором, через це, зміщується у бік вмикання симістора. Він поволі вмикається і на нагрівачі, через це, поступово підвищується напруга з мережі. Величини цієї напруги вистачає, щоб на нагрівачі почала підвищуватись температура. Це підвищення на ньому температури призводить до рівності напруги ТЕРС на датчику, підсиленої підсилювачем, напрузі задавання температури на сьомому, за рахунком, інформаційному шостому вході мультиплексора. Ця рівність напруг на входах порівнювача призводить до вироблення на його виході запуску напруги з від'ємним знаком, яка переводить тригер у відновлювальний режим. На виході дозволу тригера відбувається зміна знаку напруги з додатного на від'ємний, через яку спрацьовує механізм запуску одновібратора. Одновібратор виробляє один імпульс, який подається на підрахунковий вхід лічильника управління мультиплексором. На вхід прямого і зворотного підрахунку імпульсів цього лічильника з виходу зміни напряму підрахунку імпульсів тригера, в цей момент, подається напруга з від'ємним знаком і встановлює на вході зворотний підрахунок імпульсів. В пам'яті лічильника записано один імпульс. При підрахунку імпульсу, поданого з одновібратора, в лічильнику відбувається віднімання поданого імпульсу від записаного в пам'яті. Внаслідок цього, в пам'яті лічильника залишається записаною нульова кількість імпульсів. Тепер, ця інформація з пам'яті передається на паралельні виходи лічильника управління мультиплексором і з них подається на паралельні входи управління вузла мультиплексора. Через це, до інформаційного виходу мультиплексора, тепер, під'єднується восьмий, за рахунком, інформаційний сьомий вхід. На входах порівнювача знову виникає нерівність - напруга ТЕРС на датчику, підсилена підсилювачем, нижча від напруги на восьмому, за рахунком, інформаційному сьомому вході мультиплексора. На виході запуску порівнювача, через це, виробляється напруга з додатним знаком, яка переводить тригер в режим запуску. На виході дозволу його виробляється напруга з додатним знаком і блокує одновібратор. Ця напруга подає дозвіл на перший дозвільний вхід генератора. На другий дозвільний вхід генератора з виходу переносу лічильників задавання цифри теж подається (з додатним знаком) напруга дозволу. На низькочастотному виході генератора формуються 7 UA 114431 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 низькочастотні імпульси і подаються на підрахунковий вхід лічильників задавання цифри. На вхід прямого і зворотного підрахунку імпульсів цих лічильників з виходу запуску порівнювача, в цей момент, подається напруга з додатним знаком і встановлює прямий підрахунок імпульсів. Лічильники задавання цифри підраховують імпульси і запам'ятовують в своїй пам'яті. З пам'яті ця інформація передається на паралельні виходи цих лічильників і з них подається на паралельні входи запису інформації лічильників цифрового перетворення. Внаслідок цього, в результаті описаних вище процесів, на виході переносу лічильників цифрового перетворення виробляється одиночний імпульс збігу двох цифр, який ще далі зміщується, у часі, від попереднього і все ближче до наступного синхроімпульсів. Величина фази електричного кута управління симістором ще більше зміщується у бік вмикання симістора і, через це, напруга з мережі на нагрівачі підвищується ще більше. Хоч і поволі (відносно), але температура на нагрівачі поступово підвищується до заданої і, в певний момент, зрівнюється з нею. На входах порівнювача виникає рівність двох напруг - напруги ТЕРС на датчику, підсиленої підсилювачем, і напруги на восьмому, за рахунком, інформаційному сьомому вході мультиплексора. На виході запуску порівнювача виробляється напруга з від'ємним знаком, яка переводить тригер у відновлювальний режим, блокує роботу одновібратора і на вході прямого і зворотного підрахунку імпульсів лічильників задавання цифри встановлює зворотний напрям підрахунку імпульсів. На виході дозволу тригера виробляється напруга з від'ємним знаком, яка блокує роботу генератора. Підрахунок імпульсів, через це, лічильниками задавання цифри припиняється і це, в результаті, призводить до зупинки, в часі, одиночного імпульсу збігу двох цифр, який залишається на певній незмінній відстані від попереднього і наступного синхроімпульсів. Симістор залишається увімкненим на певній величині фази електричного кута управління. На нагрівачі напруга з мережі теж залишається незмінною. Температура, при цьому, хоч і поволі, поступово підвищується і стає вищою за задану на межі в одну десяту градуса за Цельсієм. Напруга ТЕРС на датчику, підсилена підсилювачем, стає вища від напруги на восьмому, за рахунком, інформаційному сьомому вході мультиплексора. Нерівність цих напруг на входах порівнювача призводить до вироблення на його виході запуску напруги з від'ємним знаком. Тригер залишається у відновлювальному режимі. Заблоковано одновібратор. На вході прямого і зворотного підрахунку імпульсів лічильників задавання цифри залишається зворотний напрям підрахунку імпульсів. З виходу дозволу тригера на перший дозвільний вхід генератора подається (з додатним знаком) напруга дозволу. На другий дозвільний вхід генератора з виходу переносу лічильників задавання цифри теж подається (з додатним знаком) напруга дозволу. Через це, з низькочастотного виходу генератора подаються низькочастотні імпульси на підрахунковий вхід лічильників задавання цифри. В лічильниках відбувається зворотний підрахунок імпульсів, тобто, від записаної, раніше, в пам'яті лічильників кількості імпульсів, йде їх віднімання. Ця, змінена інформація, з пам'яті лічильників передається на їх паралельні виходи і з них подається на паралельні входи запису інформації лічильників цифрового перетворення. В результаті описаних вище процесів, на виході переносу лічильників цифрового перетворення виробляється одиночний імпульс збігу двох цифр, який, у часі, починає зміщуватись якнайближче до попереднього і якнайдалі від наступного синхроімпульсів. Величина фази електричного кута управління симістором поступово зміщується у бік вимикання симістора і, через це, на нагрівачі зменшується прикладена з мережі напруга. Температура на нагрівачі поступово починає знижуватись до заданої і, в певний момент, зрівнюється з нею. Такий режим регулювання набраної температури, чи підтримання значення її на заданому рівні, в результаті описаних вище процесів, повторюється постійно, поки увімкнено регулятор. Якщо на нагрівач впливає значна зміна зовнішньої температури, то в процесі регулювання задіюються ще декілька інформаційних входів мультиплексора, в залежності від величини зовнішньої температури. Через математично розраховану програму розподілу напруги задавання температури, поданої з вузла 13, на восьми інформаційних входах мультиплексора і завдяки використанню в регуляторі (порівняно) високої частоти регулювання, відбувається швидке (миттєве) реагування регулятора на значний вплив зовнішньої температури. Одиночний імпульс збігу двох цифр, який виробляється на виході переносу лічильників цифрового перетворення вузла 8, постійно зміщується, в часі, спочатку - в бік наступного синхроімпульсу (при різкому впливі зовнішньої температури, яка призводить до різкого зниження її на нагріванні) і змінює величину фази електричного кута управління симістором у бік швидкого вмикання симістора, через що на нагрівач прикладається з мережі значна напруга і температура на ньому підвищується швидше, а потім - у бік попереднього синхроімпульсу і 8 UA 114431 C2 5 10 15 20 25 30 змінює величину фази електричного кута управління симістором у бік швидкого вимикання симістора, через що на нагрівач прикладається з мережі незначна (або й зовсім вимикається) напруга і температура на ньому швидше знижується. Температура на нагрівачі при цьому завжди коливається, за такого регулювання, в межах плюс-мінус одна десята градуса за Цельсієм. Вузол управління симістором 9 працює таким чином: на один з трьох входів (заповнювальний вхід) вузла постійно подаються імпульси з другого виходу (вихід високочастотних імпульсів) вузла генератора 6. На другий вхід (вхід запуску) вузла подаються короткі синхроімпульси з вузла синхронізації 4, які є імпульсами дозволу на пропускання імпульсів з вузла генератора 6. Імпульси вузла генератора 6 заповнюють імпульс дозволу, фронт підйому якого починається з моменту запуску схеми вузла управління симістором 9 синхроімпульсами з вузла синхронізації 4, а фронт спаду якого завершується моментом повернення цієї схеми вузла 9 в попередній стан одиночними імпульсами збігу двох цифр, які виробляються на виході переносу лічильників вузла цифрового перетворення 8 і подаються на третій вхід (відновлювальний вхід) вузла управління симістором 9. Така синхронізована серія імпульсів з виходу вузла управління симістором 9 подається на базу транзистора вузла симістора 10, до емітера якого під'єднано трансформатор гальванічної розв'язки. З вторинної обмотки трансформатора синхронізована серія імпульсів подається на електрод управління симістором вузла симістора 10. Напруга з мережі 220 В подається на нагрівач вузла 20 через р-n-р-n переходи симістора вузла 10. Вузол синхронізації 4 з випрямленої незгладженої напівсинусоїди виробляє короткі, в часі, синхроімпульси, які збігаються з фазою переходу синусоїдальної напруги змінного струму мережі 220 В через електричний нуль, і подає їх на вхід вузла генератора 6, вузла цифрового перетворення 8 і вузла управління симістором 9. Вузол генератора 6, після подачі на нього дозвільної напруги, виробляє: низькочастотні імпульси, що подаються на підрахунковий вхід лічильників вузла задавання цифри 7, і високочастотні -, що подаються на підрахунковий вхід лічильників вузла цифрового перетворення 8 і на заповнювальний вхід вузла управління симістором 9. Джерела інформації: 1. Преобразовательная техника. В.С. Руденко, В.И. Сенько, И.М. Чиженко, г. Киев "Вища школа" 1978 г., стор. 119-127. 2. Силовые ионные и полупроводниковые приборы. А.И. Вишневский, B.C. Руденко, А.П. Платонов, "Высшая школа" 1975 г. - С. 233-269. 35 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 40 45 50 55 60 Регулятор температури електронний, що містить вузол трансформатора, вузол випрямляча, вузол стабілізаторів напруги, вузол симістора, вузол нагрівача, один контакт якого під'єднано до виходу вузла симістора, а другий - до мережі 220 В, який відрізняється тим, що в нього додатково введені та послідовно під'єднані: датчик температури вузла датчика температури до входу вузла підсилювача, виходом вузла підсилювача до від'ємного входу вузла порівнювача, виходом запуску вузла порівнювача до входу запуску вузла тригера, виходом дозволу вузла тригера до першого дозвільного входу вузла генератора, виходом низькочастотних імпульсів вузла генератора до підрахункового входу лічильників вузла задавання цифри, паралельними виходами лічильників вузла задавання цифри до паралельних входів лічильників вузла цифрового перетворення, виходом переносу лічильників вузла цифрового перетворення до відновлювального входу вузла управління симістором, виходом вузла управління симістором до входу вузла симістора, при цьому: вихід вузла підсилювача також під'єднано через одні контакти перемикача "Вибір режиму" в режимі "Вимір температури" до входу вузла індикації, вихід вузла задавання температури під'єднано через другі контакти перемикача "Вибір режиму" в режимі "Задавання температури" до входу вузла індикації, вихід вузла задавання температури також під'єднано до інформаційного входу вузла мультиплексора, інформаційним виходом вузла мультиплексора під'єднано до додатного входу вузла порівнювача, виходом запуску вузла порівнювача також під'єднано до входу прямого і зворотного підрахунку імпульсів лічильників вузла задавання цифри і до дозвільного входу вузла одновібратора, відновлювальним виходом вузла порівнювача під'єднано до відновлювального входу вузла тригера, виходом дозволу вузла тригера також під'єднано до входу запуску вузла одновібратора, виходом зміни напряму 9 UA 114431 C2 5 10 15 підрахунку імпульсів вузла тригера під'єднано до входу прямого і зворотного підрахунку імпульсів лічильника вузла управління мультиплексором, імпульсним виходом вузла одновібратора під'єднано до підрахункового входу лічильника вузла управління мультиплексором, паралельними виходами лічильника вузла управління мультиплексором під'єднано до паралельних входів вузла мультиплексора, вихід переносу лічильників вузла задавання цифри під'єднано до другого дозвільного входу вузла генератора, вихід вузла обнулення під'єднано до входу обнулення лічильників вузла задавання цифри і до входу обнулення лічильника вузла управління мультиплексором, незгладженим виходом вузла випрямляча під'єднано до входу формування синхроімпульсів вузла синхронізації, виходом сформованих синхроімпульсів вузла синхронізації під'єднано до входу синхронізації вузла генератора, також до входу фіксації запису інформації лічильників вузла цифрового перетворення і до входу запуску вузла управління симістором, вихід високочастотних імпульсів вузла генератора під'єднано до підрахункового входу лічильників вузла цифрового перетворення і до заповнювального входу вузла управління симістором. Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 10