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 ко 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, стабилизатор положительного напряжения, последовательно соединенные электронный ключ, нагреватель и термопару, дополнительно снабжен усилителем сигнала термопары, выход которого подключен ко входу компаратора, интегральным таймером, вход которого соединен с выходом компаратора, а его выход подключен ко входу управляемого генератора импульсов, выход управляемого генератора импульсов подключен ко входу импульсного трансформатора, а его выход подключен к электронному ключу на тринисторе, мостовым выпрямителем переменного тока, ко входу которого подведено напряжение питания переменного тока, а его положительный выход подключен к электронному ключу на тринисторе, и через образованный диод – ко входу стабилизатора положительного напряжения и конденсатору, включенному между входом стабилизатора положительного напряжения и отрицательным выходом мостового выпрямителя переменного тока.
Сущность предлагаемого регулятора температуры заключается во введении в него усилителя сигнала термопары и интегрального таймера, формирующего импульс фиксированной длительности для управления электронным ключом, выполненном на тринисторе, что позволит повысить точность регулирования температуры и повысить надежность регулятора температуры при питании его от источника переменного тока.
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, управляемый генератор импульсов 6, импульсный трансформатор 7, электронный ключ на тринисторе 8, нагреватель 9 и термопару 10, соединенные последовательно, и включенные между положительным (+) и отрицательным (-) выходами мостового выпрямителя переменного тока 11. Вход усилителя сигнала термопары 1 подключен к выходу электронного ключа на тринисторе 8. Напряжение питания сглаживается фильтром, образованным диодом 12 и конденсатором 13, и подается на вход стабилизатора положительного напряжения 5, выходное напряжение которого предназначено для питания всех блоков регулятора температуры.
Регулятор температуры работает следующим образом.
1
3
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 10 становится меньше напряжения задатчика температуры 2 (моменты времени t и 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 включает управляемый генератор импульсов 6, импульсы с управляемого генератора импульсов 6 (фиг. 2,в) через импульсный трансформатор 7 подаются на электронный ключ на тринисторе 8, и открывают его.
1
2
3
4
0
1
2
3
При этом от положительного (+) выхода мостового выпрямителя переменного тока 11 через открытый электронный ключ на тринисторе 8, через нагреватель 9 и последовательно соединенную с ним термопару 10 к отрицательному (-) выходу мостового выпрямителя переменного тока 11  начинает протекать ток (фиг. 2,г, периоды времени t – t, t – t). В течение времени открытого состояния электронного ключа на тринисторе 8 на выходе усилителя сигнала термопары 1 присутствует импульсы напряжения, (фиг. 2,а), амплитуда которых равна выходному напряжению стабилизатора положительного напряжения 5. После окончания импульса на выходе интегрального таймера 4 электронный ключ на тринисторе 8 закрывается, и ток от положительного (+) выхода мостового выпрямителя переменного тока 11 через нагреватель 9 и последовательно соединенную с ним термопару 10 прекращается. Поскольку термопара 10 нагрета, на входе усилителя сигнала термопары 1 присутствует напряжение с термопары 10, пропорциональное температуре нагревателя 9 (фиг. 2,а, периоды времени t – t, t - t).
1
3
Когда напряжение термопары 10 с выхода усилителя сигнала термопары 1 меньше напряжения задатчика температуры 2 (моменты времени t и t на фиг. 2,а), то на выходе компаратора 3 формируется низкий уровень напряжения, который запускает интегральный таймер 4, импульс с выхода которого запускает управляемый генератор импульсов 6, и импульсы с управляемого генератора импульсов 6 (фиг. 2,в) через импульсный трансформатор 7 подаются на электронный ключ на тринисторе 8, и открывают его, и процесс повторяется.
Если напряжение термопары 10 с выхода усилителя сигнала термопары 1 больше 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 и управляемый генератор импульсов – КР1006ВИ1, импульсный трансформатор МИТ-4В, электронный ключ – тринистор Т106-10-4, GBU6K – мостовой выпрямитель переменного тока.
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, управляемый генератор импульсов, импульсный трансформатор, мостовой выпрямитель переменного тока, последовательно соединенные электронный ключ на тринисторе, нагреватель и термопару, обеспечивает повышение надежности работы регулятора температуры и повышение точности регулирования температуры паяльника.