Регулятор температуры

Полезная модель относится к области электротехники, электроники и автоматического регулирования температуры, и может быть использована для регулировки и поддержания на заданном уровне температуры нагрева паяльников.
Известен регулятор температуры (патент РФ №2263339, МПК G05D 23/20, опубл. 27.10.2005, бюл. № 30), состоящий из нагревателя, датчика и задатчика температуры, подключенных к входам усилителя, ключа, преобразователя напряжения с первым трансформатором и вторым трансформаторами, генератора импульсов, выпрямителя сетевого напряжения, фильтра и нагревателя.
Недостатком данного регулятора температуры является сложность в настройке и недостаточно хорошая повторяемость в производстве, что обусловлено построением преобразователя напряжения по автогенераторной схеме.
Известен регулятор температуры (патент РФ №2239864, МПК G05D 23/19, опубл. 10.11.2004, бюл. № 31), состоящий из датчика температуры и задатчика температуры, подключенных к входам первого усилителя, тиристорного ключа, подключенного выходом к нагревателю, второго усилителя, выходом подключенного к управляющему электроду тиристора, резистора и диода.
Недостатком данного регулятора температуры является сложность в настройке и возможность работы только от источника переменного напряжения.
Известен регулятор температуры нагрева (патент РФ №2105345, МПК G05D 23/19, опубл. 20.02.1998), состоящий из задатчика температуры, элемента сравнения, датчика температуры, элемента выборки-хранения, широтно-импульсного модулятора, формирователя синхроимпульсов, одновибратора, элемента И, нагревателя и коммутатора.
Недостатком данного регулятора температуры является значительная сложность и недостаточная точность регулирования температуры.
Наиболее близкой к полезной модели является простейшая паяльная станция на жалах T12 (Простейшая паяльная станция на жалах T12. Режим доступа: https://handmade32.ru/elektronika/prostejshaya-payalnaya-stantsiya-na-zhalah-t12/. - Загл. с экрана), состоящая из компаратора, задатчика температуры, резистора, конденсатора, резисторного делителя, второго компаратора, стабилизатора положительного напряжения, усилителя, электронного ключа на полевом транзисторе с каналом p-типа, нагревателя и термопары. Данное устройство предназначено для работы с паяльниками, оснащенными жалом типа Т12, нагреватель которых соединен последовательно с термопарой.
Недостатком данной простейшей паяльной станции на жалах T12 является недостаточно высокая надежность работы и низкая точность регулирования в статическом и динамическом режимах из-за низкого уровня сигнала термопары, который составляет 6 мВ при температуре 300°С, что находится на уровне минимального входного напряжения компаратора, а также из-за влияния помех на входные цепи регулятора температуры, наводимых в измерительной цепи током нагревателя.
Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, заключается в разработке регулятора температуры, обеспечивающего высокую точность регулирования температуры и низкую чувствительность к помехам.
Технический результат - повышение надежности работы регулятора температуры и повышение точности регулирования температуры паяльника.
Технический результат достигается за счет того, что регулятор температуры, содержащий компаратор, задатчик температуры, подключенный к входу компаратора, стабилизатор положительного напряжения, последовательно соединенные электронный ключ, нагреватель и термопару, усилитель, выход которого подключен к электронному ключу, при этом дополнительно снабжен усилителем сигнала термопары, выход которого подключен к входу компаратора, и интегральным таймером, вход которого соединен с выходом компаратора, а выход подключен к входу усилителя, а электронный ключ регулятора температуры выполнен на биполярном транзисторе p-n-p-структуры.
Сущность предлагаемого регулятора температуры заключается во введении в него усилителя сигнала термопары и интегрального таймера, формирующего импульс фиксированной длительности для управления электронным ключом на биполярном транзисторе p-n-p-структуры, что позволит повысить точность регулирования температуры и повысить надежность регулятора температуры.
На фиг. 1 изображена структурная схема регулятора температуры. На фиг. 2 приведены диаграммы напряжений в характерных точках схемы регулятора температуры.
Структурная схема регулятора температуры (фиг. 1) содержит усилитель сигнала термопары 1, задатчик температуры 2, компаратор 3, на входы которого подаются сигналы с выходов усилителя 1 и задатчика температуры 2, интегральный таймер 4, управляемый выходным сигналом компаратора 3, стабилизатор положительного напряжения 5, усилитель 6, электронный ключ 7 на биполярном транзисторе p-n-p-структуры, нагреватель 8 и термопару 9, соединенные последовательно, и включенные между положительным (+U) и отрицательным (-U) выводами источника питания. Вход усилителя сигнала термопары 1 подключен к выходу электронного ключа 7 на биполярном транзисторе p-n-p-структуры. Выходное напряжение стабилизатора положительного напряжения 5 предназначено для питания всех блоков регулятора температуры.
Регулятор температуры работает следующим образом.
1
и
2
1
Усилитель сигнала термопары 1 усиливает выходное напряжение термопары 9, которое с выхода усилителя сигнала термопары 1 поступает на первый вход компаратора 3, на второй вход которого подается напряжение с задатчика температуры 2. На фиг. 2,а приведены усиленное напряжение сигнала термопары на выходе усилителя сигнала термопары 1 (непрерывная линия) и напряжение задатчика температуры 2 (пунктирная линия). Компаратор 3 сравнивает эти напряжения, и в случае, когда напряжение сигнала термопары 9 становится ниже напряжения задатчика температуры 2 (момент времени t), на выходе компаратора 3 появляется низкий уровень напряжения, и в этот момент происходит запуск интегрального таймера 4, на выходе которого формируется импульс напряжения фиксированной длительности t=t-t (фиг. 2,б), который усиливается усилителем 6 и подается на электронный ключ 7 на биполярном транзисторе p-n-p-структуры, открывая его.
1
2
3
4
5
6
0
1
2
3
4
5
При этом от положительного (+U) вывода источника питания постоянного тока через последовательно соединенные электронный ключ 7 на биполярном транзисторе p-n-p-структуры, нагреватель 8, и через термопару 9 к отрицательному (-U) выводу источника питания постоянного тока начинает протекать ток (фиг. 2,в, периоды времени t-t, t-t, t-t). В течение времени открытого состояния электронного ключа на биполярном транзисторе p-n-p-структуры на выходе усилителя сигнала термопары 1 присутствует положительное напряжение, равное выходному напряжению стабилизатора положительного напряжения 5. После окончания импульса на выходе интегрального таймера 4 электронный ключ 7 на биполярном транзисторе p-n-p-структуры закрывается, и ток от положительного (+U) вывода источника питания постоянного тока через последовательно соединенные нагреватель 8 и термопару 9 прекращается. Поскольку термопара 9 нагрета, на входе усилителя сигнала термопары 1 присутствует напряжение, пропорциональное температуре нагревателя 8, которое усиливается усилителем сигнала термопары 1 (фиг. 2,а, периоды времени t-t, t-t, t-t).
1
3
5
Когда напряжение термопары 9 с выхода усилителя сигнала термопары 1 становится ниже напряжения задатчика температуры 2 (моменты времени t, t, t на фиг. 2,а), то на выходе компаратора 3 формируется низкий уровень напряжения, который запускает интегральный таймер 4, импульс с выхода которого усиливается усилителем 6 и открывает электронный ключ 7 на биполярном транзисторе p-n-p-структуры, и процесс повторяется.
Если напряжение термопары 9 с выхода усилителя сигнала термопары 1 выше напряжения задатчика температуры 2, то на выходе компаратора 3 формируется высокий уровень напряжения, при этом запуск интегрального таймера 4 не происходит.
В экспериментальном образце регулятора температуры использовались операционные усилители LMC6482AIMX для усилителя сигнала термопары и компаратора, стабилизатор положительного напряжения L78L05ABZ, интегральный таймер КР1006ВИ1, электронный ключ - биполярный p-n-p-транзистор типа TIP127.
Таким образом, регулятор температуры, содержащий усилитель сигнала термопары, задатчик температуры, компаратор, на вход которого подаются сигналы с выходов усилителя и задатчика температуры, интегральный таймер, управляемый выходным сигналом компаратора, стабилизатор положительного напряжения, усилитель, электронный ключ на биполярном транзисторе p-n-p-структуры, нагреватель и термопару, соединенные последовательно, обеспечивает повышение надежности работы регулятора температуры и повышение точности регулирования температуры паяльника.