ИЗМЕРИТЕЛЬ-РЕГУЛЯТОР

ИЗМЕРИТЕЛЬ-РЕГУЛЯТОР


RU (11) 2050580 (13) C1

(51) 6 G05D23/19 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 25.10.2007 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(14) Дата публикации: 1995.12.20 
(21) Регистрационный номер заявки: 5027725/09 
(22) Дата подачи заявки: 1992.02.19 
(45) Опубликовано: 1995.12.20 
(56) Аналоги изобретения: 1. 750 практических электронных схем. Справочное руководство. Составитель и редактор Р.Фелпс. Пер. с англ. М.: Мир, 1986, с.405 (простой регулятор температуры). 2. Р.Граф. Электронные схемы. 1300 примеров. Пер. с англ. М.: Мир, 1989, с.547, рис.86.7. 
(71) Имя заявителя: Зеленов Григорий Яковлевич 
(72) Имя изобретателя: Зеленов Григорий Яковлевич 
(73) Имя патентообладателя: Зеленов Григорий Яковлевич 

(54) ИЗМЕРИТЕЛЬ-РЕГУЛЯТОР 

Изобретение относится к электронике и может быть использовано в качестве измерительно регулирующего элемента некоторой физической величины. В первую очередь это относится к измерению регулирования температуры. Для упрощения построения различных измерителей регуляторов и уменьшения их размеров на основе изобретения может быть изготовлена микросхема, которая осуществляет измерительно регулирующие функции. Измеритель регулятор содержит - датчик измеряемой регулируемой величины, который представляет собой рbзистивный элемент, изменяющий свое сопротивление при изменении измеряемой регулируемой величины; первый источник тока; второй источник тока, первый резистор, дифференциальный каскад, исполнительный орган, который воздействует на измеряемый и регулируемый параметр при отклонении его от заданного воздействия; пороговый элемент, который может быть включен, если необходимо импульсное воздействие исполнительным органом на регулируемую величину; третий источник тока; второй резистор; резистор, который можно считать составной частью датчика измерительной величины; первый резистор, входящий в источник тока; транзистор; источник опорного напряжения между точкой питания источника тока и базой транзистора резистор, который ограничивает (задает) ток, протекающий через источник напряжения; повторитель напряжения или усилитель с большим входным сопротивлением; резисторы одинакового номинала; резистор меньшего номинала (например R /2); ключевой элемент; исполнительный элемент, включенный в выходную цепь ключевого элемента; транзисторы, на которых может быть выполнен ключевой элемент; источник питания измерителя регулятора; измеритель-регулятор; развязывающие диоды; автономный источник питания (аккумуляторная батарея), полевой транзистор, используемый в качестве управляемого напряжением резистора. 2 с. и 11 з. п. ф-лы, 11 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано в качестве измерительно-регулирующего элемента некоторой физической величины. Набор физических величин, которые можно измерять и регулировать, определяется набором датчиков измеряемых и регулируемых величин. В качестве датчика измеряемой и регулируемой величины используется резистивный элемент, который изменяет свое сопротивление при изменении измеряемой и регулируемой величины в месте нахождения этого резистивного элемента.

Аналогом измерителя-регулятора является регулятор температуры, в котором с помощью усилителя регулируется ток, протекающий в выходной цепи ключевого элемента, который, протекая по нагревателю, изменяет температуру рядом с нагревателем [1] К недостаткам этого технического решения относятся невозможность задания требуемой температуры с помощью опорного напряжения и автоматической установки температуры, низкая точность установки заданной температуры, неуниверсальность, изменения регулируемого параметра (температуры) при изменении питающих напряжений источника питания при отсутствии изменения управляющего воздействия.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является регулятор для установки заданной температуры, в котором с помощью интегральной схемы AD590 на резисторе R устанавливается зависящее от температуры напряжение, которое подается на неинвертирующий вход операционного усилителя [2] На инвертирующий вход операционного усилителя подано опорное напряжение. Выход операционного усилителя соединен с базой составного транзистора, в коллекторную цепь которого включен нагреватель.

К недостаткам прототипа относятся неуниверсальность невозможность использования для измерения и регулирования различных физических величин, изменения регулируемого параметра (температуры) при изменении питающих напряжений источника питания при отсутствии изменения управляющего воздействия.

Целью изобретения является создание измерителя-регулятора обладающего широкими возможностями по отношению к измерению и регулированию различных физических величин, независимости точности регулирования от изменений питающих напряжений, в первую очередь при изменении питающих напряжений при переключении на резервный источник напряжения, универсальностью, простой и возможностью изготовления микросхемы регулятора, которая бы позволила унифицировать изготовление различных регуляторов.

Это достигается тем, что измеритель-регулятор содержит датчик измеряемой и регулируемой величины, исполнительный орган и источник питания, в него введены первый и второй источники тока, резистор и дифференциальный каскад, причем выход первого источника тока соединен с первым выводом датчика измеряемой регулируемой величины и с первым соответствующим входом дифференциального каскада, второй вывод датчика измеряемой регулируемой величины соединен с общей шиной источника питания, выход второго источника тока соединен с вторым соответствующим входом дифференциального каскада и с первым выводом резистора, второй вывод резистора соединен с общей шиной источника питания, выход дифференциального каскада соединен с входом исполнительного органа.

Кроме того, в него введены пороговый элемент, дополнительный резистор и третий источник тока, причем выход дифференциального каскада соединен с входом исполнительного органа через пороговый элемент, второй вход которого соединен с выходом третьего источника тока, соединенного с первым выводом дополнительного резистора, второй вывод которого подключен к общей шине источника питания.

Второй вывод датчика измеряемой и регулируемой величины соединен с общей шиной источника питания через другой дополнительный резистор.

Источник тока содержит транзистор, первый резистор и источник опорного напряжения, выполненный в виде цепочки включенных последовательно в прямом направлении не менее двух диодов и соединенного последовательно с ней второго резистора, при этом первый вывод второго резистора соединен с базой транзистора, а второй вывод с общей шиной, эмиттер транзистора через первый соединен с вторым выводом цепочки диодов и шиной питания, а коллектор транзистора является выходом источника тока.

Первый резистор источника тока выполнен переменным; источник опорного напряжения является общим для всех источников тока; на выходах одного или нескольких источников тока установлены повторители напряжения; на выходах одного или нескольких источников тока установлены усилители с большим входным сопротивлением.

Дифференциальный каскад выполнен на операционном усилителе, инвертирующий вход которого соединен с соответствующим первым входом дифференциального каскада и со своим выходом, являющимся выходом каскада, через резисторы одинакового номинала, а неинвертирующий вход операционного усилителя соединен с соответствующим вторым входом каскада через резистор меньшего номинала.

Исполнительный орган выполнен в виде последовательно соединенных ключевого элемента и исполнительного элемента.

Исполнительный орган выполнен в виде группы транзисторов, базы которых через соответствующие резисторы соединены с входом исполнительного органа, эмиттеры соединены с общей шиной, коллекторы транзисторов соединены с первыми соответствующими полюсами дополнительных источников питания, введенных по числу транзисторов в группе, а исполнительный элемент включен между последовательно соединенными вторыми полюсами дополнительных источников питания и общим выводом эмиттеров транзисторов.

Кроме того, измеритель-регулятор содержит аккумуляторную батарею и развязывающие диоды, через которые соответствующие выводы аккумуляторной батареи и источника питания соединены с шиной питания, а другой вывод аккумуляторной батареи соединен с общей шиной источника питания, при этом выходное напряжение аккумуляторной батареи ниже выходного напряжения источника питания.

Измеритель-регулятор содержит два источника тока, управляемый напряжением резистивный элемент, выполненный в виде полевого транзистора, дифференциальный каскад и источник опорного напряжения, причем первый вывод датчика измеряемой и регулируемой величины соединен с выходом первого источника тока, а второй с общим выводом источника питания, первый вход дифференциального каскада соединен с выходом второго источника тока, а второй вход с выходом источника опорного напряжения, полевой транзистор включен между первым выходом второго источника тока и общей шиной источника питания, а его затвор соединен с выходом первого источника тока.

На фиг.1 изображен предложенный измеритель-регулятор; на фиг.2 измеритель-регулятор по п.2, формулы изобретения; на фиг.3,4 варианты выполнения первого и/или второго, и/или третьего источников тока, входящих в измеритель-регулятор; на фиг.5 показаны источники тока, которые могут иметь один общий источник опорного напряжения (в качестве источника опорного напряжения может вместо последовательно соединенных диодов использоваться, например, стабилитрон); на фиг.6, изображен измеритель-регулятор, в котором сигнал с выхода источника тока подается на вход дифференциального каскада через повторитель напряжения или усилитель с большим входным сопротивлением; на фиг.7 изображен дифференциальный каскад на операционном усилителе; на фиг.8 исполнительный орган, который состоит из ключевого элемента и включенного в его выходную цепь исполнительного элемента; на фиг.9 в качестве ключевого элемента транзисторы; на фиг. 10 измеритель-регулятор с резервным источником напряжения-аккумуляторной батареей; на фиг.11 изображен измеритель регулятор с полевым транзистором.

На чертежах приняты следующие обозначения: 1 датчик измеряемой регулируемой величины, который представляет собой резистивный элемент, изменяющий свое сопротивление при изменении измеряемой регулируемой величины; 2 первый источник тока; 3 второй источник тока; 4 первый резистор; 5 дифференциальный каскад; 6 исполнительный орган, который воздействует на измеряемый и регулируемый параметр при отклонении его от заданного воздействия; 7 пороговый элемент, который может быть включен, если необходимо импульсное воздействие исполнительным органом на регулируемую величину; 8 третий источник тока, 9 второй резистор; 10 резистор, который может быть включен в соответствии с п. 3 формулы изобретения и который можно считать составной частью датчика измерительной величины; 11 первый резистор, входящий в источник тока, 12 транзистор; 13 источник опорного напряжения между точкой питания источника тока и базой транзистора 12, 14 резистор, который ограничивает (задает) ток, протекающий через источник напряжения 13; 15 повторитель напряжения или усилитель с большим входным сопротивлением; 16 резисторы одинакового номинала; 17 резистор меньшего номинала (например R/2); 18 ключевой элемент; 19 исполнительный элемент, включенный в выходную цепь ключевого элемента; 20,22 транзисторы на которых может быть сделан ключевой элемент 18, 21, 23 дополнительные источники питания, входящие в ключевой элемент 18 на транзисторах 20, 22; 24 источник питания измерителя регулятора, 25 измеритель-регулятор; 26 развязывающие диоды; 27 автономный источник питания (аккумуляторная батарея); 28 полевой транзистор, используемый в качестве управляемого напряжением резистора.

Измеритель регулятор работает следующим образом.

Через датчик измеряемой регулируемой величины 1, от первого источника тока 2 пропускается заданный ток I1. Так как датчик 1 представляет собой резистивный элемент, изменяющий свое сопротивление при изменении измеряемой регулируемой величины U, то зависимость напряжения на датчике 1 и, следовательно, напряжение на первом входе дифференциального каскада 5, от величины U определяется выражением

V1 R(U) * I1, (1) где R(U) зависимость сопротивления датчика 1 от величины U.

Напряжение на втором входе дифференциального каскада 5 определяется из выражения

V2 R1 * I2, (2)

где R1 сопротивление резистора 4; l2 ток, задаваемый в резисторе 4 источником тока 3.

Если обозначить Kd коэффициент усиления дифференциального каскада 5, а

dU F*dVвх, (3) где F оператор, характеризующий преобразование изменения входного напряжения dVвх на входе исполнительного органа 6, в изменение величины U. Напряжения на входе исполнительного органа 6 Vвх можно определить из выражения:

Vвх Kd*(R(U) * I1 R1 * I2) (4)

Учитывая выражение (4), формулу (3) можно переписать следующим образом:

dU F * Kd * I1 * dR(U)/dU * dU (5)

Из (5) можно сделать вывод, что для регулирования величины U необходимо, чтобы всегда

-1 < F * Kd * I1 * dR(U)/dU < 0 (6)

Легко понять, что в случае регулирования напряжения V1 является мерой (содержит информацию об величине) величины U и может служить для измерения величины U, а V2 может служить для задания регулируемой величины U.

Отрицательность левой части выражения (6) легко обеспечивается выбором первого входа дифференциального каскада инвертирующим или неинвертирующим при условии, что в области регулирования величины U от Umin до Umax произведение F I1 * dR(U)/dU только положительно или только отрицательно в выбранной области U.

Работа измерителя-регулятора по остальным пунктам аналогична за исключением того, что регулирующее воздействие исполнительного органа можно сделать импульсным, а измерение регулируемой величины непрерывным. Для этого достаточно выход дифференциального каскада соединить с входом исполнительного органа через один вход порогового элемента, а на другой вход порогового элемента подать опорное напряжение (см.фиг.2).

Кроме этого, измеритель-регулятор можно сделать автономным от сетевого напряжения (см.фиг.10), в случае выключения сети, измеритель-регулятор продолжает работу от аккумуляторной батареи. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



1. ИЗМЕРИТЕЛЬ-РЕГУЛЯТОР, содержащий датчик измеряемой и регулируемой величины, исполнительный орган и источник питания, отличающийся тем, что в него введены первый и второй источники тока, резистор и дифференциальный каскад, причем выход первого источника тока соединен с первым выводом датчика измеряемой и регулируемой величины и первым соответствующим входом дифференциального каскада, второй вывод датчика измеряемой и регулируемой величины соединен с общей шиной источника питания, выход второго источника тока соединен с вторым соответствующим входом дифференциального каскада и первым выводом резистора, второй вывод резистора соединен с общей шиной источника питания, выход дифференциального каскада соединен с входом исполнительного органа.

2. Измеритель-регулятор по п. 1, отличающийся тем, что в него введены пороговый элемент, дополнительный резистор и третий источник тока, причем выход дифференциального каскада соединен с входом исполнительного органа через пороговый элемент, второй вход которого соединен с выходом третьего источника тока, соединенного с первым выводом дополнительного резистора, второй вывод которого подключен в общей шине источника питания.

3. Измеритель-регулятор по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что второй вывод датчика измеряемой и регулируемой величины соединен с общей шиной источника питания через другой дополнительный резистор.

4. Измеритель-регулятор по пп. 1 3, отличающийся тем, что источник тока содержит транзистор, первый резистор и источник опорного напряжения, выполненный в виде цепочки включенных последовательно в прямом направлении не менее двух диодов и соединенного последовательно с ней второго резистора, при этом первый вывод второго резистора соединен с базой транзистора, а второй вывод с общей шиной, эмиттер транзистора через первый резистор соединен с вторым выводом цепочки диодов и шиной питания, а коллектор транзистора является выходом источника тока.

5. Измеритель-регулятор по пп. 1 4, отличающийся тем, что первый резистор источника тока выполнен переменным.

6. Измеритель-регулятор по пп. 1 5, отличающийся тем, что источник опорного напряжения является общим для всех источников тока.

7. Измеритель-регулятор по пп. 1 6, отличающийся тем, что на выходах одного или нескольких источников тока установлены повторители напряжения.

8. Измеритель-регулятор по пп. 1 7, отличающийся тем, что на выходах одного или нескольких источников тока установлены усилители с большим входным сопротивлением.

9. Измеритель-регулятор по пп. 1 8, отличающийся тем, что дифференциальный каскад выполнен на операционном усилителе, инвертирующий вход которого соединен с соответствующим первым входом дифференциального каскада и со своим выходом, являющимся выходом каскада, через резисторы одинакового номинала, а неинвертирующий вход операционного усилителя соединен с соответствующим вторым входом каскада через резистор меньшего номинала.

10. Измеритель-регулятор по пп. 1 9, отличающийся тем, что исполнительный орган выполнен в виде последовательно соединенных ключевого элемента и исполнительного элемента.

11. Измеритель-регулятор по пп. 1, 3 10, отличающийся тем, что исполнительный орган выполнен в виде группы транзисторов, базы которых через соответствующие резисторы соединены с входом исполнительного органа, эмиттеры соединены с общей шиной, коллекторы транзисторов соединены с первыми соответствующими полюсами дополнительных источников питания, введенных по числу транзисторов в группе, а исполнительный элемент включен между последовательно соединенными вторыми полюсами дополнительных источников питания и общим выводом эмиттеров транзисторов.

12. Измеритель-регулятор по пп. 1 10, отличающийся тем, что содержит аккумуляторную батарею и развязывающие диоды, через которые соответствующие выводы аккумуляторной батареи и источника питания соединены с шиной питания, а другой вывод аккумуляторной батареи соединен с общей шиной источника питания, при этом выходное напряжение аккумуляторной батареи ниже выходного напряжения источника питания.

13. Измеритель-регулятор, содержащий датчик измеряемой и регулируемой величины, источник питания и исполнительный орган, отличающийся тем, что содержит два источника тока, управляемый напряжением резистивный элемент, выполненный в виде полевого транзистора, дифференциальный каскад и источник опорного напряжения, причем первый вывод датчика измеряемой и регулируемой величины соединен с выходом первого источника тока, а второй с общим выводом источника питания, первый вход дифференциального каскада соединен с выходом второго источника тока, а второй вход с выходом источника опорного напряжения, полевой транзистор включен между первым выходом второго источника тока и общей шиной источника питания, а его затвор соединен с выходом первого источника тока, выход дифференциального каскада соединен с входом исполнительного органа.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал
Электроника и электротехника




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+автомобильная -сигнализация".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "датчик" будут найдены слова "датчик", "датчики" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("датчик!").


Металлоискатели и металлодетекторы | Электронные устройства охраны и сигнализации | Электронные устройства систем связи | Приемные и передающие антенны | Электротехнические и радиотехнические контрольно-измерительные приборы и способы электроизмерений | Электронные устройства пуска, управления и защиты электродвигателей постоянного и переменного тока | Электродвигатели постоянного и переменного тока | Магниты и электромагниты | Кабельно-проводниковые и сверхпроводниковые изделия


Рейтинг@Mail.ru