Результат интеллектуальной деятельности: ТЕРМОСТАТИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО

Изобретение относится к термостатирующим устройствам и предназначено для поддержания необходимой температуры нагревателя и может быть использовано в пищевой, химической и других отраслях промышленности.

Известно термостатирующее устройство, содержащее нагревательный элемент и электронный ключ, образующие последовательную цепь, соединенную с зажимами сети, и устройство управления, подключенное к задатчику температуры [Патент РФ №2225993, МПК 7 G05D 23/24, 20.03.2004].

Недостатком такого устройства является большой разброс температуры по периметру нагревательного элемента, что обусловлено различными условиями отвода тепла от его поверхности.

Из известных устройств наиболее близким по технической сущности является термостатирующее устройство, содержащее нагревательный элемент, и устройство для регулирования мощности, включающее датчик температуры, подключенный к усилителю, и электронный ключ, образующий совместно с нагревательным элементом последовательную цепь, соединенную с зажимами сети [Патент РФ №2343534, МПК 7 G05D 23/24, 20.01.2009].

Недостатком такого устройства также является большой разброс температуры по периметру нагревательного элемента, что обусловлено различными условиями отвода тепла от его поверхности.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение однородности температурного поля.

Технический результат достигается тем, что в известное термостатирующее устройство, содержащее нагревательный элемент и устройство для регулирования мощности, включающее основной датчик температуры, подключенный к усилителю, и электронный ключ, образующий совместно с нагревательным элементом последовательную цепь, соединенную с зажимами сети, введены дополнительные нагревательный элемент и электронный ключ, соединенные в последовательную цепь и подключенные к зажимам сети, дополнительные датчик температуры и усилитель, соединенные каскадно, а также источник опорного напряжения, три компаратора напряжения и два логических элемента, первый из которых подключен своим выходом к управляющему входу электронного ключа, а входами - соответственно к выходам первого, второго и третьего компараторов напряжения, второй из которых подключен своим выходом к управляющему входу дополнительного электронного ключа, а входами - соответственно к выходам первого, второго и третьего компараторов напряжения, причем усилитель основного датчика температуры подключен к суммирующим входам первого и третьего компараторов напряжения, а дополнительный - к суммирующему входу второго и вычитающему входу третьего компараторов напряжения, источник опорного напряжения входом соединен с сетью, а выходом - с вычитающими входами первого и второго компараторов напряжения, при этом первое логическое устройство выполняет функцию конъюнкции инвертированного сигнала первого компаратора и дизъюнкции инвертированного сигнала второго компаратора с конъюнкцией сигнала второго компаратора и инвертированного сигнала третьего компаратора, а второе - конъюнкцию инвертированного сигнала второго компаратора и дизъюнкции инвертированного сигнала первого компаратора с конъюнкцией сигнала первого компаратора и инвертированного сигнала третьего компаратора.

Для уменьшения разброса температуры по периметру нагревательного элемента нагревательный элемент термостатирующего устройства N выполнен в виде плоской спирали, при этом его дополнительная часть размещена по периметру плоскости. Схема предложенного устройства приведена на чертеже.

Термостатирующее устройство, изображенное на чертеже, содержит нагревательный элемент 1 и устройство для регулирования мощности, включающее датчик температуры 2, подключенный к усилителю 3, и электронный ключ 4, образующий совместно с нагревательным элементом 1 последовательную цепь, соединенную с зажимами сети, дополнительный нагревательный элемент 5 и электронный ключ 6, соединенные в последовательную цепь и подключенные к зажимам сети, дополнительный датчик температуры 7 и усилитель 8, соединенные каскадно, а также источник опорного напряжения 9, три компаратора напряжения 10, 11, 12 и два логических элемента 13 и 14, первый из которых подключен своим выходом к управляющему входу электронного ключа 4, а входами - соответственно к выходам первого 10, второго 11 и третьего 12 компараторов напряжения, второй из которых 14 подключен своим выходом к управляющему входу дополнительного электронного ключа 6, а входами - соответственно к выходам первого 10, второго 11 и третьего 12 компараторов напряжения, причем усилитель основного датчика температуры 3 подключен к суммирующим входам первого и третьего компараторов напряжения 10 и 11, а дополнительный - к суммирующему входу второго 11 и вычитающему входу третьего 12 компараторов напряжения. Источник опорного напряжения 9 входом соединен с сетью, а выходом - с вычитающими входами первого 10 и второго 11 компараторов напряжения, при этом первое логическое устройство выполняет функцию конъюнкции инвертированного сигнала первого компаратора и дизъюнкции инвертированного сигнала второго компаратора с конъюнкцией сигнала второго компаратора и инвертированного сигнала третьего компаратора, а второе - конъюнкцию инвертированного сигнала второго компаратора и дизъюнкции инвертированного сигнала первого компаратора с конъюнкцией сигнала первого компаратора и инвертированного сигнала третьего компаратора.

Датчики температуры могут быть реализованы на основе интегральных датчиков DS 56. Усилители 3 и 8 - на операционных усилителях К140УД8. Логические функции элементов 13 и 14 могут быть реализованы арифметико-логическим устройством, встроенным в микроконтроллер, например Atmega16A. Функции компаратора 10, 11 и 12 выполняет микросхема 554CA3. В качестве источника опорного напряжения может быть применена микросхема REF102AP. Электронные ключи могут быть реализованы на твердотельных реле MD0544ZD3.

Термостатирующее устройство работает следующим образом. Датчики температуры 2 и 7 формируют сигналы, несущие информацию о температурах нагревательных элементов T₁ и T₂. Эти сигналы после усиления усилителями 3 и 8 поступают на суммирующие входы компараторов напряжения 10 и 11. На вычитающие входы их с выхода источника опорного напряжения подается напряжение, пропорциональное номинальной температуре T₀. В результате компараторами 10 и 11 формируются логические сигналы

и

Компаратором напряжения 12 формируется логический сигнал

Логические элементы 13 и 14 формируют сигналы, управляющие состоянием электронных ключей 4 и 6, включение которых приводит к подсоединению соответствующих им нагрузок 1 и 5 к сети.

Логика управления электронными ключами обеспечивает согласованное управлением мощностью нагревательных элементов путем использования функций преобразования

и

реализуемыми логическими элементами 13 и 14.

Такое управление уменьшает отклонений температур зон T₁ и T₂ от номинального значения T₀, повышая однородность температурного поля.