Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
ЭЛЕКТРОННЫЙ ТЕРМОРЕГУЛЯТОР ДЛЯ ЭЛЕКТРОУТЮГА
ЭЛЕКТРОННЫЙ ТЕРМОРЕГУЛЯТОР ДЛЯ ЭЛЕКТРОУТЮГА

ЭЛЕКТРОННЫЙ ТЕРМОРЕГУЛЯТОР ДЛЯ ЭЛЕКТРОУТЮГА

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Электронный терморегулятор с устройством сигнализации и отключения относится к системам регулирования температуры подвижных устройств с сигнализацией неподвижного состояния в двух плоскостях и автоматическим отключением электропитания через определенное время неподвижного состояния, может использоваться, в частности в электроутюгах. Задача, решаемая изобретением, состоит в точном регулировании температуры подошвы электроутюга электронным терморегулятором с автоматическим отключением нагревательного элемента при достижении заданной температуры, а также через заданное время при неподвижном электроутюге как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскостях с предварительной звуковой сигнализацией неподвижного состояния электроутюга. Устройство содержит блок уставок, первый - четвертый компараторы, датчик движения и положения электроутюга, датчик температуры, задатчик температуры, мостовую схему, первый ключевой элемент, симистор, нагревательный элемент, подключенный к источнику питания переменного тока, и вновь введенные блок интегрирования, нуль-орган, два перекрывающих элемента, второй ключевой элемент, пятый компаратор, звуковой сигнализатор, инвертор и элемент "ИЛИ-НЕ", а также связи вновь введенных блоков между собой и с известными блоками. Технический результат изобретения заключается в повышении точности регулирования температуры, повышении пожаробезопасности и улучшении потребительных свойств, надежности и долговечности электроутюга. 7 ил., 1 табл.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

   С помощью Яндекс:  

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2078371
Класс(ы) патента: G05D23/19
Номер заявки: 5067829/09
Дата подачи заявки: 24.09.1992
Дата публикации: 27.04.1997
Заявитель(и): Производственный кооператив "ЭЛАВ"
Автор(ы): Абезгауз Б.С.
Патентообладатель(и): Производственный кооператив "ЭЛАВ"
Описание изобретения: Изобретение относится к системам регулирования температуры подвижных устройств с сигнализацией неподвижного состояния в двух плоскостях и автоматическим отключением электропитания через определенное время неподвижного состояния для исключения перегрева и может использоваться, в частности в электроутюгах.
Известно устройство для регулирования температуры (авт. св. N 1352468, кл. G 05 D 23/19), содержащее термочувствительный мост, подключенный через последовательно соединенные конденсатор и диод к первой шине источника электропитания, компаратор, включенный в измерительную диагональ моста, накапливающий конденсатор, подключенный обкладками к входам питания термочувствительного моста. Выход компаратора через резистивный делитель соединен с базой n-p-n транзистора, коллектор и эмиттер которого подключены к выходной диагонали выпрямительного моста, входная диагональ которого в свою очередь подключена ко второй шине, через стабилитрон и гасящий конденсатор к первой шине источника электропитания, а через встречно включенные стабилитроны к управляющему электроду симистора, анод которого соединен с нагревательным элементом, а катод со второй шиной источника электропитания.
В известном устройстве при подаче на шины электропитания переменного напряжения через последовательную цепь, образованную гасящим конденсатором, стабилитронами и переходом управляющий электрод катод симистора, проходит переменный ток, вызывающий отпирание симистора по силовой цепи анод катод. Когда температура, измеряемая термодатчиком моста, меньше заданной, мост разбалансирован так, что на выходе компаратора формируется низкий (нулевой) потенциал, ключ на выходе компаратора закрыт, и ток проходит через конденсатор, стабилитрон, два встречно включенных стабилитрона в цепь управления симистора, который открывается по анодной цепи и подключает нагревательный элемент к источнику питания.
При достижении заданной температуры компаратор меняет свое состояние и создает на выходе потенциал, отпирающий ключ, который шунтирует встречно включенные стабилитроны и цепь управления симистора, тогда весь ток протекает через конденсатор, диод выпрямительного моста и ключ, управляющая цепь симистора обесточивается, а нагревательный элемент отключается.
Недостатками известного устройства являются:
различное напряжение питания компаратора и термочувствительного моста при разных режимах работы схемы: при закрытом ключе напряжение питания компаратора
Uпит. = Uоб13р + Uпр14 + Uоб12р,
где Uобр и Uпр прямое и обратное падение напряжения соответственно на стабилитронах;
при открытом ключе
Uпит. = Uj,12h + Uм,
где Uм падение напряжения на выпрямительном мосте;
различное напряжение питания:
затрудняет выбор компаратора, который должен быть работоспособен в широком диапазоне напряжений питания;
затрудняет обеспечение работы резистивного делителя от выхода компаратора к базе ключа, так как коэффициент деления должен быть малым, чтобы насытить ключ при низком напряжении питания (и соответственно низком значении высокого напряжения на выходе компаратора), но в то же время коэффициент деления должен быть большим, чтобы надежно запереть ключ при низком потенциале на выходе компаратора;
-увеличивает погрешность стабилизации температуры, так как точность работы компаратора зависит от напряжения питания и не может быть минимальной при двух его значениях, кроме того, при пониженном напряжении уменьшается чувствительность термочувствительного моста, что увеличивает погрешность регулирования температуры;
в режиме нагрева симистор открыт разный промежуток времени при положительной и отрицательной полуволне напряжения переменного тока: при положительной полуволне симистор открывается после пробоя двух последовательно включенных стабилитронов, а при отрицательной полуволне при пробое одного стабилитрона.
Такая несимметрия приводит к несимметрии формы кривой питающего напряжения в сети, появлению в сети высококачественных составляющих и из-за этого к увеличению уровня помех радиоприему и возникновению постоянной составляющей тока в сети питания регулятора, что может дезорганизовать работу других устройств, подключенных к этой же сети;
несинхронность включения и выключения компаратора с моментами перехода сетевого напряжения через нулевой уровень, что приводит к возникновению дополнительных помех в сети питания за счет включения и выключения симистора в произвольные моменты времени;
схема терморегулятора не имеет входов для подключения устройства сигнализации и автоматического отключения нагревательного элемента при неподвижном состоянии, что для электроутюга недопустимо, так как отсутствие такого устройства резко снижает пожаробезопасность.
Известно устройство для электроутюга с электронагревательным элементом (патент ФРГ N 3444348, кл. H 05 B 1/02), содержащее времязадающую схему, которая через заданный промежуток времени отключает нагревательный элемент, сенсор, формирующий сигнал отключения, кнопку установки времязадающей схемы в начальное состояние, нагревательный элемент, соединенный последовательно с выключателем термостата, срабатывающим в зависимости от установленной температуры.
Недостатками известного устройства являются:
наличие сенсора, определяющего только одно положение электроутюга (на подставке);
необходимость ручной установки времязадающей схемы в начальное состояние;
отсутствие устройства сигнализации перед отключением, что требует постоянного привлечения внимания и оценки времени неиспользования утюга, иначе утюг отключится, начнет остывать, а это может быть истолковано потребителем как неисправность. Выяснение причины отключения ведет к дискомфорту пользователя и необходимости выполнения нескольких действий (включение кнопки установки времязадающей схемы, включение-выключение вилки питания, слежение за временем нагрева и т.п.) для возврата в нормальное состояние;
наличие трех сильноточных контактных устройств для отключения нагревательного элемента значительно усложняет устройство, увеличивает его габариты и снижает надежность;
последовательное соединение контактов терморегулятора и отключающего устройства не позволяет использовать в качестве переключателей электронные ключевые элементы, так как при размыкании одного контакта соединенный с ним второй контакт остается без питания.
Известно устройство автоматического отключения питания электроутюга и терморегулирования (патент Великобритании N 2199962, кл. H 05 B 1/02), содержащее тактильный датчик для индикации рабочего и нерабочего состояния электроутюга, преобразователь рабочего и нерабочего состояния электроутюга, преобразователь сигнала от тактильного датчика, компаратор, реле времени, мультивибратор, звуковой сигнализатор, транзистор, база которого подключена к выходу реле времени, а коллектор к управляющему электроду симистора. Анод симистора подключен к L-шине питания, а катод через биметаллический терморегулятор соединен с нагревательным элементом, второй вывод которого через предохранитель соединен с N-шиной питания. Сигнал с тактильного датчика формируется как сигнал между металлическим электродом, вставленным в ручку электроутюга, и нейтралью (корпусной E-шиной) на емкости, образованной рукой пользователя относительно нейтрали.
При отпускании ручки электроутюга изменяется потенциал на инвертирующем входе компаратора за счет изменения емкостного делителя, образованного конденсатором на входе компаратора и емкостью руки пользователя. Компаратор переходит в режим высокого напряжения на выходе и включает реле времени, выходной сигнал которого запускает мультивибратор, управляющий звуковым сигнализатором, и включает транзистор, который закрывает симистор, тогда ток в нагревательный элемент не поступает. В устройстве применяется термобиметаллический терморегулятор, работающий независимо от сигнального устройства.
Недостатками известного устройства являются:
связь включения питания нагревательного элемента с рукой пользователя через тактильный датчик, что заставляет пользователя соразмерять паузы между рабочими движениями с временем работы реле времени и держать утюг для его нагрева;
один интервал времени задержки не обеспечивает сочетание пожаробезопасности и удобства пользования. При малой задержке (30 40 с) электроутюг на задней опоре будет постоянно выключаться и его надо держать в руке. При большой задержке (5 мин, как описано в патенте) утюг, оставленный на подошве без присмотра, вызовет возгорание ткани;
в устройстве используется термобиметаллический терморегулятор, который не может обеспечить необходимую точность поддержания температуры подошвы и качество глажения;
устройство с тактильным датчиком может быть использовано только с трехпроводной сетью питания, имеющей заземленную нейтраль, что делает использование такого устройства для бытовой двухпроводной сети невозможным.
Известно устройство терморегулирования и автоматического отключения питания неподвижного в горизонтальном и вертикальном положении электроутюга, используемое в патенте США N 4692589, кл. H 05 B 1/02 "Электрический утюг с предохранительным выключателем и индикатором температуры". Устройство содержит датчик температуры, задатчик температуры, компаратор, выход которого соединен с первым входом светодиодного индикатора, схему реле времени, содержащую ртутный выключатель положения электроутюга и соединенную со схемой генерации импульсов, выходы которой в свою очередь соединены с индикатором и схемой включения термостатического выключателя, состоящий из симистора, нагревательного резистора и контактов выключения основного нагревательного элемента с кнопкой возврата, а также термобиметаллический регулятор температуры.
Нагревательный элемент электроутюга соединен последовательно с термобиметаллическим терморегулятором и контактами термостатического выключателя, наличие тока в этой цепи сигнализируется желтым светодиодом.
Установка заданной температуры осуществляется регулировкой термобиметаллического регулятора, одновременно задается потенциал на входе компаратора. Компаратор включает зеленый светодиод индикатора, когда температура находится в заданных пределах. Терморегулятор автономно подключает нагревательный элемент к сети питания, обеспечивая заданную температуру.
Ртутный выключатель в зависимости от горизонтального или вертикального положения электроутюга изменяет постоянную времени реле времени, которое при неподвижном утюге через заданное время формирует выходной сигнал запуска генератора импульсов.
Генератор импульсов включает красный светодиод, мигание которого сигнализирует о положении неподвижности утюга, а также включает схему управления термостатическим выключателем. Импульсы тока нагревают нагревательный резистор термостатического выключателя, который через некоторое время размыкает цепь основного нагревательного элемента. Нажатием кнопки возврата на термостатическом выключателе нагревательный элемент снова подключается к сети питания.
Недостатками известного устройства являются:
наличие термостатического выключателя, содержащего нагревательный резистор, который не отключается от сети при отключении основного нагревательного элемента электроутюга;
сложность регулировки времени отключения неподвижного электроутюга, которое состоит из постоянной времени реле времени и тепловой постоянной времени термостатического выключателя, для которого должны быть предусмотрены механические регулировки;
наличие двух датчиков температуры: один датчик собственно термобиметаллический регулятор температуры; второй датчик терморезистор для схемы индикации температуры. Между датчиками должна быть балансировка, чтобы регулятор температуры и индикатор температуры, работающий независимо от регулятора, показывали один и тот же процесс;
невозможность использования электронного регулятора из-за несовместимости способа регулирования температуры последовательным механическим терморегулятором с электронным сигнализатором неподвижного состояния утюга, включающим термостатический выключатель электромеханического типа;
неэффективная светодиодная схема сигнализации неподвижного состояния утюга в виде мигания красного светодиода, которая не может привлечь внимание пользователя, если оно не направлено на работу с электроутюгом;
необходимость постоянного перевода электроутюга в вертикальное положение, так как контакты ртутного датчика положения замыкаются и переводят реле времени на постоянную времени 8 мин только в вертикальном положении электроутюга;
наличие механической кнопки возврата термостатического выключателя в положение включения нагревательного элемента снижает надежность устройства, а наличие механически включаемых контактов в силовой цепи нагревательного элемента приводит к их подгару и возникновению между ними дуги, что дополнительно снижает надежность устройства.
Наиболее близким техническим решением прототипом к заявленному устройству является устройство терморегулирования и сигнализации неподвижного состояния электроутюга, используемое в патенте ФРГ N 3512906, кл. D 06 F 75/00 "Электрический утюг".
Устройство содержит делитель стабилизированных напряжений, термодатчик и задатчик температуры, образующие с делителем стабилизированных напряжений мостовую схему, измерительная диагональ которой подключена к компаратору сравнения и канальному компаратору, канальный компаратор, выход которого соединен с зеленым светодиодом, компаратор сравнения заданной и измеренной температуры, выход которого через цепь резисторов соединен с управляющим электродом тиристора, реле времени, управляемое ртутным датчиком движения и положения, компаратор реле времени, выход которого соединен с красным светодиодом и делителем стабилизированных напряжений, зарядный транзистор с дифференциатором импульсов ртутного датчика на входе, электромеханическое реле, контакты которого включены последовательно с нагревательным элементом, а обмотка включена в анодную цепь тиристора, двухполупериодный выпрямитель, параметрический стабилизатор вторичного источника питания, RC-фильтр.
В известном устройстве сравнение заданной и измеренной температуры производится на компараторе, выход которого подключен через цепь согласующих резисторов к управляющему электроду тиристора, анод которого через обмотку электромеханического реле подключен к источнику вторичного напряжения постоянного тока, полученного путем выпрямления и параметрической стабилизации переменного напряжения сети питания переменного тока. Сеть питания через контакты электромеханического реле питает нагревательный элемент электроутюга.
При температуре подошвы, меньше заданной, компаратор сравнения включает тиристор, анодный ток которого включает электромеханическое реле, контакты которого подключают нагревательный элемент к сети питания.
При достижении температурой заданного значения компаратор сравнения отключает тиристор, контакты электромеханического реле размыкаются и отключают нагревательный элемент от сети питания.
Одновременно канальный компаратор, работающий в зоне ±30oC точки равновесия заданной и измеренной температуры, включает зеленый светодиод, который сигнализирует о том, что температура электроутюга находится в заданных пределах.
При неподвижном электроутюге в горизонтальном положении на подошве ртутный датчик замыкает свои контакты, и конденсатор реле времени разряжается через его контакты, через 30 с включается компаратор реле времени, выходной сигнал которого засвечивает красный светодиод и одновременно закорачивает два сопротивления делителя стабилизированных напряжений так, что компаратор сравнения отключает тиристор и через него нагревательный элемент от сети питания.
При неподвижном электроутюге в вертикальном положении контакты ртутного датчика разомкнуты, конденсатор реле времени разряжается через большое сопротивление за время 8 мин, и компаратор реле времени отключает нагревательный элемент от сети питания аналогично горизонтальному положению.
При движении электроутюга контакты датчика замыкаются и размыкаются каплей ртути, эти импульсы преобразуются дифференциатором импульсов и зарядным транзистором в импульсы заряда конденсатора реле времени, и компаратор реле времени не включается, красный светодиод не светится. О включении вилки питания в сеть сигнализирует неоновая лампа.
Известное устройство прототип имеет следующие недостатки:
включение и выключение нагревательного элемента производится контактами электромеханического реле. Наличие в устройстве сильноточного реле с током через контакты (5-10)А значительно снижает эксплуатационную надежность устройства и сокращает срок службы электроутюга. Так, при нормальной работе терморегулятора за 1 ч реле срабатывает 30-50 раз, в то время как гарантированное число срабатываний реле ограничено числом 10 000 срабатываний. Таким образом гарантируется 10 000:(30-50)=(330-200) ч работы реле. В современном утюге срок службы должен составлять не менее 1500 ч.
Кроме того, при частом размыкании контактов с током (5-10)А контакты подгорают, их сопротивление увеличивается, увеличивается вероятность их сваривания, что с свою очередь увеличивает пожароопасность схемы;
наличие ртутного датчика движения и положения, к которому предъявляются особые требования по герметичности;
неэффективность сигнализации неподвижного состояния электроутюга, связанная с тем, что сигнал неподвижности (засвечивание красного светодиода) появляется после срабатывания реле времени, т.е. после максимально заданного времени неподвижного состояния, и одновременно отключается нагревательный элемент. Таким образом, засвечивание красного светодиода сигнализирует не о наличии опасного в пожарном отношении неподвижного состояния электроутюга, а об отключении нагревательного элемента от сети питания, т.е. о ликвидации этого опасного состояния. Кроме того, такой вид сигнализации имеет недостаточную информативность и носит пассивный характер;
низкая точность регулирования температуры электроутюга в рабочем режиме, связанная с тем, что мостовая схема, в которую включены датчик и задатчик температуры, содержит также и резисторы, используемые для сигнализации. Значительное число резисторов увеличивает нестабильность потенциалов схемы и усложняет ее регулировку. Кроме того, выход компаратора реле времени включен параллельно части резисторов мостовой схемы. Такое включение приводит к дополнительной погрешности балансировки мостовой схемы за счет влияния коллекторного тока закрытого компаратора реле времени на распределение потенциалов мостовой схемы. Эта погрешность состоит из температурной составляющей изменения коллекторного тока компаратора и временной составляющей изменения коллекторного тока компаратора в процессе старения элементов компаратора при эксплуатации.
Предлагаемое изобретение решает задачу повышения точности регулирования температуры подошвы электроутюга электронным терморегулятором с автоматическим отключением нагревательного элемента при достижении заданной температуры, а также через заданное время при неподвижном электроутюге в горизонтальной и вертикальной плоскостях с предварительной звуковой сигнализацией неподвижного состояния.
Технический результат, достигаемый предлагаемым устройством, заключается:
в повышении точности регулирования температуры за счет развязки мостовой схемы терморегулирования от элементов сигнализации неподвижного состояния электроутюга и включении на выходе мостовой схемы пятого компаратора;
в повышении пожаробезопасности за счет предварительного формирования предупредительной сигнализации о неподвижном состоянии электроутюга с последующим отключением нагревательного элемента, с обеспечением точности формирования временных интервалов отключения и стабильности параметров устройства в процессе длительной эксплуатации;
в улучшении потребительских свойств электроутюга (комфортность, удобство пользования, стабильность параметров) за счет активной формы сигнализации в виде прерывистых звуковых сигналов, сохраняющихся все время подключения электроутюга к сети питания;
в увеличении надежности и долговечности за счет исключения в исполнительной сильноточной цепи контактных элементов;
в улучшении управляемости включением нагревательного элемента непосредственно тиристором.
Технический результат предлагаемого устройства достигается тем, что в устройство, содержащее блок уставок, выходы которого соединены с первыми входами первого и второго компараторов, третий и четвертый компараторы, датчики температуры и задатчик температуры, подключенные к мостовой схеме, последовательно соединенные симистор, нагревательный элемент, источник питания, датчик движения и положения электроутюга, первый ключевой элемент, соединенный с управляющим электродом и катодом симистора, отличается тем, что в него введены нуль-орган, подключенный к выходам источника питания, блок интегрирования, два переключающих элемента, второй ключевой элемент, пятый компаратор, соединенный с выходом мостовой схемы, звуковой сигнализатор, соединенный с выходом первого переключающего элемента, элемент "ИЛИ-НЕ", соединенный своим выходом с первым ключевым элементом. Первый выход блока уставок соединен с первым входом блока интегрирования, второй вход которого соединен с датчиком движения и положения электроутюга и третьими входами первого и второго переключающих элементов. Выход интегратора соединен со вторыми входами первого, второго, третьего и четвертого компараторов.
Первые входы третьего и четвертого компараторов соединены с выходами блока уставок, выходы первого и третьего компараторов соединены соответственно с первым и вторым входами первого переключающего элемента, а выходы второго и четвертого компараторов соединены соответственно с первым и вторым входами второго переключающего элемента, выход которого соединен с первым входом элемента "ИЛИ-НЕ", второй вход которого через нормально разомкнутые контакты второго ключевого элемента соединен с выходом нуль-органа. Выход пятого компаратора соединен с управляющим входом второго ключевого элемента.
Существенными признаками устройства, отличительными от прототипа, являются:
блок интегрирования, входами соединенный с блоком уставок и датчиком движения и положения электроутюга, а выходом с первым четвертым компараторами;
первый и второй переключающие элементы, входами соединенные с выходами первого четвертого компараторов, а выходами соответственно с блоком звуковой сигнализации и первым входом элемента "ИЛИ-НЕ";
пятый компаратор, входом соединенный с выходом мостовой схемы, а выходом с управляющим входом второго ключевого элемента;
нуль-орган, входами соединенный с выходами источника питания, а выходом через нормально разомкнутые контакты второго ключевого элемента и инвертор - со вторым входом элемента "ИЛИ-НЕ";
элемент "ИЛИ-НЕ", соединенный своим выходом с первым ключевым элементом, который своими выходами соединен с управляющим электродом и катодом симистора;
связи датчика движения и положения электроутюга с первым и вторым переключающими элементами;
связи блока уставок с первым входом блока интегрирования и первыми входами первого -четвертого компараторов.
Мостовая схема, включенная на входе компаратора и содержащая только датчик и задатчик температуры на входах, точно определяет превышение фактической температуры над заданной и с помощью второго ключевого элемента размыкает связь выхода нуль-органа через инвертор со входом элемента "ИЛИ-НЕ".
Повышенная точность регулирования, получаемая за счет развязки мостовой схемы от элементов сигнализации неподвижного состояния, обоснована в расчете погрешности прототипа и заявленного устройства.
Блок интегрирования, формирующий на выходе линейно-возрастающее во времени напряжение в результате временного интегрирования напряжения уставки, выдает это напряжение на вторые входы первого четвертого компараторов, на входе которых происходит его сравнение с соответствующим напряжением уставки, определяющим время срабатывания компаратора.
Первый и третий компараторы подключены через первый переключающий элемент к звуковому сигнализатору, который через определенное время неподвижного горизонтального или вертикального положения электроутюга формирует предварительные перед отключением нагревательного элемента прерывистые предупредительные звуковые сигналы.
Эти сигналы активно привлекают внимание пользователя к оставленному электроутюгу, что повышает пожаробезопасность электроутюга.
Второй и четвертый компараторы подключены через второй переключающий элемент к первому входу элемента "ИЛИ-НЕ" и срабатывают через определенное допустимое время нахождения электроутюга в горизонтальном или вертикальном положении. Элемент "ИЛИ-НЕ", получив сигнал от сработавшего компаратора, отключает с помощью первого ключевого элемента симистор, который в свою очередь отключает нагревательный элемент от сети питания.
Предварительная сигнализация с последующим отключением нагревательного элемента через точно заданное время, обеспечиваемое блоком уставки, интегрирующим блоком, компараторами и их связями, обеспечивает высокую пожаробезопасность параметров устройства при длительной эксплуатации.
Активная форма сигнализации, последующее отключение нагревательного элемента за разные промежутки времени (в горизонтальном положении, например, через 30 с, а в вертикальном через 8 мин) и возможность продолжения использования электроутюга без дополнительных нажатий кнопок или включения/выключения питания, что обеспечивается соединением датчика движения и положения электроутюга с блоком интегрирования и управляющими входами переключающих элементов, повышает комфортность и удобство пользования электроутюгом.
На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы работы устройства; на фиг. 3 пример выполнения блока уставок; на фиг. 4 пример выполнения блока интегрирования; на фиг. 5 - пример выполнения блока сигнализации; на фиг. 6 -пример выполнения мостовой схемы с подключением к датчикам и компаратору; на фиг. 7 пример соединения инвертора и элемента "ИЛИ-НЕ" со схемой первого ключевого элемента.
Устройство (фиг. 1) содержит блок уставок 1, блок интегрирования 2, первый четвертый компараторы 3-6, первый, второй переключающие элементы 7, 8, звуковой сигнализатор 9, датчик движения и положения электроутюга 10, датчик температуры 11, задатчик температуры 12, мостовую схему 13, пятый компаратор 14, второй ключевой элемент 15, инвертор 16.1, элемент "ИЛИ-НЕ" 16.2, первый ключевой элемент 16, симистор 17, нагревательный элемент 18, нуль-орган 19, источник питания 20.
На временной диаграмме (фиг. 2) обозначено выходное напряжение источника питания 20 -а, выход нуль-органа 19 б, выход датчика температуры 11 в, выход компаратора 14 г, выход первого ключевого элемента 16 д, напряжение на нагревательном элементе 18 е, выход датчика 10 ж, выход блока интегрирования 2 з, выход компаратора 3 и, выход компаратора 4 к, выход элемента 9.7 л.
Блок уставок 1 (фиг.3) содержит резисторы 1.1 1.7, подключенные к стабилизированному источнику вторичного питания (на фиг.1 не показан).
Блок интегрирования 2 (фиг.4) содержит резисторы 2.1, 2.3 2,5, операционный усилитель 2.2, диод 2.6, конденсаторы 2.7 и 2.9, ключевой транзистор 2.8.
Блок сигнализации 9 (фиг.5) содержит инвертор 9.1, элементы ИЛИ 9.2 и 9.6, резисторы 9.4 и 9.9, инверторы 9.3 и 9.7, конденсаторы 9.5 и 9.8, динамический звуковой излучатель 9.10.
Мостовая схема 13 (фиг.6) содержит резисторы 13.1 13.3, соединенные с датчиком температуры 11 и задатчиком температуры 12.
Схема соединения инвертора 16.1 и элемента "ИЛИ-НЕ" 16.2 с первым ключевым элементом 16 (фиг. 7) содержит инвертор 16.1, элемент ИЛИ 16.2, транзисторы 16.3 и 16.4, конденсатор 16.5, резистор 16.6.
Блок уставок 1 соединен с первым входом блока интегрирования 2 и первыми входами первого четвертого компараторов 3 6, предназначен для формирования постоянных нормированных напряжений, определяющих на первом выходе время интегрирования, а на втором -пятом выводах пороги срабатывания компараторов 3 6.
Блок уставок 1 может быть выполнен, например, по схеме фиг.3 из двух групп последовательно соединенных резисторов, подключенных к источнику постоянного стабилизированного напряжения.
Блок интегрирования 2 вторым входом соединен с выходом датчика движения и положения 10, а выходом со вторыми входами первого четвертого компараторов 3 6 и предназначен для интегрирования постоянного входного напряжения для формирования на выходе линейного постоянного напряжения при отсутствии сигнала с датчика 10. При появлении сигналов с датчика 10, которые возникают при его движении, выходное напряжение блока интегратора каждым сигналом датчика 10 обнуляется (фиг.2, графики д и з).
Таким образом при отсутствии сигналов с датчика 10 выходное напряжение блока интегрирования 2 растет пропорционально текущему времени, и его величина определяет заданный отрезок времени от начала интегрирования, которым является момент обнуления интегратора сигналом датчика 10. Компараторы 3 6 предназначены для сравнения величины выходного напряжения блока 2 по мере его нарастания с напряжениями уставок и формирования сигналов равенства выходного напряжения интегратора 2 заданному значению уставки. Так как сигнал на выходе компараторов 3 6 появляется через определенное время интегрирования, то этот сигнал формирует заданный временной интервал звукового сигнала и сигнала отключения нагревательного элемента.
Так, компаратор 3 срабатывает, например, через 30 с, компаратор 4 через 60 с, компаратор 5 через 5 мин, компаратор 6 через 8 мин.
Время 30 с и 5 мин определяет соответственно заданное время неподвижного состояния электроутюга в горизонтальном и вертикальном положениях, а время 60 с и 8 мин время отключения нагревательного элемента 18 в состояниях неподвижности.
Компараторы 3, 5 и 3, 6 соответственно соединены с первыми и вторыми входами переключающих элементов 7, 8, третьи входы которых соединены с выходом датчика 10 и могут быть выполнены на операционных усилителях серии К140УД.
Переключающий элемент 7 предназначен для переключения сигналов компараторов 3, 5 на звуковой сигнализации 9 и соединен с его входом.
Переключающий элемент 8 предназначен для переключения сигналов компараторов 4, 6 на первый вход элемента "ИЛИ-НЕ" 22.
Переключающие элементы 7, 8 переключаются в зависимости от уровня выходного сигнала датчика движения и положения 10.
При нулевом уровне сигнала датчика 10 выходы переключающих элементов 7, 8 соединены с компараторами 3, 4 соответственно, что характеризует горизонтальное неподвижное состояние электроутюга.
При единичном уровне сигнала датчика 10 (вертикальное положение электроутюга) выходы переключающих элементов 7, 8 соединены соответственно с компараторами 5, 6.
Переключающие элементы 7, 8 могут быть выполнены на реле или электронных ключах.
Звуковой сигнализатор 9 предназначен для формирования прерывистых звуковых сигналов при появлении на его входе сигнала с компаратора 3 при горизонтальном положении электроутюга через 30 с неподвижного состояния или с компаратора 5 при вертикальном положении электроутюга через 5 мин неподвижного состояния.
Звуковой сигнализатор 9 может быть выполнен, например, по схеме фиг.5 на основе самовозбуждающихся генераторов низкой частоты, соединенных последовательно, управляемых через инвертор 9.1.
Первый генератор, состоящий из элементов 9.2 9.5, формирует периодические импульсы низкой частоты, стробирующие работу второго генератора звуковой частоты.
Второй генератор, состоящий из элементов 9.6 9.9, нагружен на динамический звуковой излучатель 9.10, формирующий прерывистые звуковые сигналы в периоды стробирования.
Датчик движения и положения 10 предназначен для определения наличия движения электроутюга и двух положений неподвижного состояния электроутюга: горизонтального и вертикального. При наличии движения на выходе датчика 10 формируются импульсы для сброса интегрирующего блока 2 (вход 2). При горизонтальном положении электроутюга датчик 10 формирует низкий потенциал, а при вертикальном положении высокий потенциал для переключения элементов 7, 8.
Датчик движения и положения электроутюга может быть выполнен, например, по авт. св. СССР N 703054, кл. H 01 H 35/14 "Инерционный переключатель" или по патенту ФРГ N 3702361, кл. H 05 B 1/02 "Предохранительное устройство для автоматического отключения электропитания подвижных устройств".
Датчик температуры 11 соединен с первым входом мостовой схемы 13, предназначен для измерения фактической температуры подошвы электроутюга и представляет собой терморезистор.
Задатчик температуры 12 соединен со вторым входом мостовой схемы 13, представляет собой потенциометр, с движка которого снимается потенциал, пропорциональный заданной температуре подошвы.
Мостовая схема 13 в одно плечо которой включен датчик температуры 11, в другое задатчик температуры 12, в третье и четвертое плечи симметрирующие резисторы 13.1 и 13.2 (фиг.6), предназначена для точного измерения и передачи на вход компаратора 14 сигнала измеренной температуры независимо от колебаний напряжения питания.
Измерительный выход мостовой схемы 13 подключен ко входу компаратора 14, предназначенного для порогового усиления разности напряжений на измерительном выходе мостовой схемы 13 управления вторым ключевым элементом 15 (вход 1).
Мостовая схема 13 с датчиком температуры 11, задатчиком 12 и компаратором 14 может быть выполнена, например, по схеме фиг.6.
Резисторы 13.1 и 13.2 образуют второе плечо мостовой схемы и определяют начальный потенциал равновесия мостовой схемы, резистор 13.3 является добавочным сопротивлением к задатчику 12.
Ключевой элемент 15 вторым входом соединен с выходом нуль-органа 19, а выходом со вторым входом блока управления симистором 16 и предназначен для подключения импульсов с выхода нуль-органа 19 на вход блока управления симистором при температуре подошвы электроутюга ниже заданной, когда компаратор 14 включает ключевой элемент 15.
Инвертор 16.1, элемент "ИЛИ-НЕ" 16.2 и первый ключевой элемент 16 предназначены для:
включения симистора 17 при температуре подошвы электроутюга ниже заданной, задаваемой с помощью задатчика температуры 12;
выключения симистора 17 при температуре подошвы электроутюга выше заданной;
выключения симистора 17 при неподвижном горизонтальном или вертикальном положении электроутюга при поступлении единичного сигнала на первый вход элемента "ИЛИ-НЕ" 16.2;
обеспечения работы регулятора температуры при поступлении нулевого сигнала на первый вход элемента "ИЛИ-НЕ" 16.2, т.е. при движении электроутюга.
Выход первого ключевого элемента 16 соединен с управляющим электродом и катодом симистора 17.
Соединение инвертора 16.1 и элемента "ИЛИ-НЕ" 16.2 со схемой первого ключевого элемента 16 может быть выполнено, например, по схеме фиг.7 и содержит инвертор 16.1 и элемент "ИЛИ-НЕ" 16.2, двух транзисторов разной проводимости 16.3 и 16.4, дифференцирующей цепи, состоящей из конденсатора 16.5 и резистора 16.6. Инвертор 16.1 с элементом "ИЛИ-НЕ" 16.2 имеет диаграмму истинности, приведенную в таблице. Из диаграммы следует, что при нулевом сигнале на первом входе элемента "ИЛИ-НЕ" 16.2 выходной сигнал элемента "ИЛИ-НЕ" 16.2 (выход элемента 16.2) синфазен с сигналом на входе инвертора 16.1 и этим обеспечивается регулирование температуры сигналами, поступающими на вход инвертора 16.1. При единичном сигнале на первом входе элемента "ИЛИ-НЕ" 16.2, т.е. при неподвижном электроутюге на выходе элемента "ИЛИ-НЕ" 16.2 устанавливается нулевой сигнал независимо от сигналов на входе инвертора 16.1, который поступает на базы транзисторов 16.3 и 16.4. Транзистор 16.3 включается, конденсатор 16.5 заряжается за время переходного процесса и отключает управляющий электрод симистора 17, так как выход 1 оказывается замкнутым через резисторы 16.6 с выходом 2, т.е. с катодом симистора 17.
При нулевом сигнале на первом входе элемента "ИЛИ-НЕ" 16.2, т.е. при движущемся электроутюге, импульсы со входа инвертора 16.2, поступающие с нуль-органа 19 при замкнутом втором ключевом элементе 15, положительным фронтом включают транзистор 16.3, а отрицательным фронтом -транзистор 16.4. Конденсатор 16.5 дифференцирует фронты выходных импульсов транзисторов и формирует на выходе 1 относительно выхода 2 короткие импульсы включения симистора 17 (фиг.2, график д).
Симистор 17 соединен катодом с одним полюсом источника питания 20 (бытовой электросетью) электроутюга, а анодом с первым выводом нагревательного элемента 18, второй вывод которого соединен со вторым полюсом источника питания 20.
Симистор 17 предназначен для включения напряжения источника питания 20 к нагревательному элементу 18 при температуре подошвы электроутюга ниже заданной и отключении напряжения от нагревательного элемента 18 при температуре подошвы электроутюга, превышающей заданную или при неподвижном состоянии электроутюга.
Симистор 17 включается импульсом на управляющем электроде в моменты перехода сетевого напряжения питания через нуль и нарастающим напряжением полуволны сетевого напряжения по аноду симистра 17 при каждом полупериоде сетевого напряжения (фиг.2, график a). Включенный симистор 17 представляет собой малое сопротивление току, и нагревательный элемент 18 оказывается подключен к источнику питания и нагревается (фиг.2, график e).
Выключенный симистор 17 представляет собой большое сопротивление и не пропускает ток, нагревательный элемент 18 таким образом отключается от источника питания.
Нуль-орган 19 входами подключен к источнику питания 20, выходом ко второму входу второго ключевого элемента 15 и предназначен для формирования прямоугольных импульсов с крутыми фронтами в моменты перехода переменного напряжения источника питания 20 через нулевой потенциал (фиг.2, график а, б). По фронтам этих импульсов инвертор 16.1, элемент "ИЛИ-НЕ" 16.2 и первый ключевой элемент 16 формируют короткие импульсы включения симистора 17.
Электронный терморегулятор с устройством сигнализации и отключения работает следующим образом.
На задатчике температуры 12 устанавливается заданная температура регулирования.
При включении напряжения питания при вертикальном положении электроутюга датчик 10 формирует высокий потенциал, который устанавливает интегрирующий блок 2 в начальное (нулевое) состояние, и интегратор начинает интегрировать постоянное напряжение уставки, поступающее на вход 1 с блока уставок 1. Одновременно выходы ключевых элементов 7 и 8 переключается к выходам компараторов 3 и 4, на выходах которых нулевые потенциалы. Звуковой сигнализатор не формирует сигнал, а нулевой потенциал на первом входе элемента "ИЛИ-НЕ" 16.2 обеспечивает пропускание сигналов, поступающих на вход инвертора 16.1, т.е. в режиме терморегулирования.
Датчик температуры 11 измеряет температуру подошвы электроутюга, так как эта температура при включении меньше заданной на задатчике 12 (фиг.2, график в), то мостовая схема 13 формирует сигнал, включающий компаратор 14 (фиг.2, график г), на выходе которого высокий потенциал включает ключевой элемент 15. Выходные импульсы нуль-органа 19 поступают на вход инвертора 16.1 и первый ключевой элемент 16, совместно с элементом "ИЛИ-НЕ" 16.2 по фронтам входных импульсов формируют короткие выходные импульсы (фиг.2, график д), поступающие на управляющий электрод симистора 17 и открывают симистор по цепи анод катод, падение напряжения на симисторе 17 уменьшается до значения, близкого к нулю. Таким образом нагревательный элемент 18 подключается к источнику питания 20 (фиг.2, график е). Происходит нагрев подошвы электроутюга до тех пор, пока сопротивление датчика температуры не увеличится так, что мостовая схема 13 сбалансируется и затем изменит полярность входного сигнала компаратора 14 (фиг. 2, графики в, г), выходное напряжение компаратора 14 изменит полярность и выключит ключевой элемент 15. Импульсы с нуль-органа 19 перестанут поступать на вход инвертора 16.1 (фиг.2, график д) и первый ключевой элемент 16 отключит симистор 17, при этом его сопротивление анод катод станет большим и ток через нагревательный элемент 18 перестанет течь. Подошва электроутюга будет остывать. Через некоторое время температура, измеряемая датчиком температуры 11, понизится до величины, при которой компаратор 14 опять переключится на положительный выходной сигнал и вновь включит второй ключевой элемент 15. Начнутся процесс формирования импульсов управления симистором 17 и нагрев нагревательного элемента 18.
При движении электроутюга перепады напряжения на выходе датчика 10 с высокого потенциала на низкий и обратно (фиг.2, график к) сбрасывают интегрирующий блок 2 в начальное (нулевое) состояние (фиг.2, график э) и его выходное напряжение во время движения остается меньше напряжения уставки, поступающего на вход компаратора 3 с выхода 2 блока 1. Компаратор 3, а также компараторы 4 6 не срабатывают, на входах переключающих элементов 7, 8 не формируются сигналы.
При неподвижном горизонтальном положении электроутюга датчик 10 формирует низкий потенциал, который оставляет переключающие элементы 7, 8 в нормально замкнутом состоянии, т.е. их выходы подключены соответственно к выходам компараторов 3, 4.
Интегрирующий блок 2, интегрируя напряжение с выхода 1 блока уставки 1, через 30 с сформирует на своем выходе постоянное напряжение, которое сравнивается с напряжением уставки на выходе 2 блока устанки 1 (фиг.2, график з).
Компаратор 3 сработает, и его высокий выходной потенциал (фиг.2, график и) через замкнутый переключающий элемент 7 запустит звуковой сигнализатор 9, который начнет формировать прерывистые предупреждающие сигналы (фиг.2, график л).
Интегрирующий блок 2 через 60 с сформирует на своем выходе постоянное напряжение, которое сравнивается с напряжением уставки на выходе 3 блока уставки 1 (фиг.2, график з), сработает компаратор 4 (фиг.2, график к) и его выходной потенциал через замкнутый ключевой элемент 8 поступит на первый вход элемента "ИЛИ-НЕ" 16.2 и запретит прохождение импульсов со входа инвертора 16.1, симистор 17 отключится и отключит нагревательный элемент 18 от источника питания 20 (фиг.2, графики д, е сигналы обозначены пунктиром).
При неподвижном вертикальном положении электроутюга датчик 10 формирует высокий потенциал, который переключает переключающие элементы 7, 8 так, что их выходы подключаются соответственно к выходам компараторов 5, 6.
Интегрирующий блок 2, интегрируя напряжение с выхода 1 блока уставки 1 через 5 мин сформирует на своем выходе постоянное напряжение, которое сравняется с напряжением уставки на выходе 4 блока 1. Компаратор 5 сработает, и его выходной потенциал через замкнутые контакты переключающего элемента 7 запустит звуковой сигнализатор 9 на формирование прерывистых звуковых сигналов.
Интегрирующий блок 2 через 8 мин сформирует на своем выходе постоянное напряжение, которое сравнивается с напряжением устанки на выходе 5 блока 1, сработает компаратор 6 и через замкнутые контакты переключающего элемента 8 высокий потенциал с его выхода поступит на первый ход элемента "ИЛИ-НЕ" 16.2 и аналогично горизонтальному положению отключит нагревательный элемент 18 от источника питания 20.
Формула изобретения: Электронный терморегулятор для электроутюга, содержащий блок уставок, выходы которого соединены с первыми входами первого и второго компараторов, третий и четвертый компараторы, датчик температуры и задатчик температуры, подключенные к мостовой схеме, последовательно соединенные симистор, нагревательный элемент и источник питания, датчик движения и положения электроутюга, первый ключевой элемент, соединенный с управляющим электродом и катодом симистора, отличающийся тем, что в него введены нуль-орган, подключенный к выходам источника питания, блок интегрирования, два переключающих элемента, второй ключевой элемент, пятый компаратор, соединенный с выходом мостовой схемы, звуковой сигнализатор, соединенный с выходом первого переключающего элемента, элемент ИЛИ НЕ, соединенный своим выходом с первым ключевым элементом, первый выход блока уставок соединен с первым входом блока интегрирования, второй вход которого соединен с датчиком движения и положения электроутюга и третьими входами первого и второго переключающих элементов, выход интегратора соединен с вторыми входами первого, второго, третьего и четвертого компараторов, первые входы третьего и четвертого компараторов соединены с выходами блока уставок, выходы первого и третьего компараторов соединены соответственно с первым и вторым входами первого переключающего элемента, а выходы второго и четвертого компараторов соединены соответственно с первым и вторым входами второго переключающего элемента, выход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ НЕ, второй вход которого через инвертор и нормально разомкнутые контакты второго ключевого элемента соединен с выходом нуль-органа, выход пятого компаратора соединен с управляющим входом второго ключевого элемента.