Устройство для термостабилизации кварцевого резонатора Советский патент 1989 года по МПК G05D23/19 

01

О5

а

05

Изобретение относится к технике автоматического регулирования тем- пературы и может быть использовано для поддержания температуры кварце- резонатора с высокой точностью в различных системах термоста- тирования.

Цель изобретения - снижение градиента температуры кварцевого резо- натора.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг.2- диаграмма температурного поля в термостате по его длине.

Устройство содержит термостат 1, внутри которого находятся тепло- проводящий кожух, состоящий из двух частей 2, и 2,, первый 3 и второй А термодатчики, первый 5 и второй 6 задатчики температуры,таймер 7,первое 8 и второе 9 постоянные запоминающие устройства (ПЗУ), первый 10 и второй 11 цифроаналоговые преобразователи (ЦАП), первый 12 и второй

13дифференциальные усилители, первы

14и второй 15 усилители мощности, первый 16 и второй 17 переключатели, первый 18 и второй 19 нагреватели, внутри теплопроводящего кожуха 2 рас положен кварцевый резонатор 20 с выводами 21, части 2 и 2.2 кожуха соединены через теплоизоляционную прокладку 22. При этом нагреватель 18 запрессован в часть 2 кожуха, а на греватель 19 - в часть 2 кожуха. Части 2 и 2 кожуха в местах соприкосновения с теплоизоляционной про кладкой 22 заземлены.

Устройство работает следующим об- разом.

Так как кристалл кварцевого резонатора 20 находится в. металлическом корпусе, можно считать, что для создания внутри корпуса резонатора 20 для самого кристалла кварца равномерного температурного поля температура в районе выводов 21 должна быть меньше,чем в районе остальной части резонатора 20, так как наиболее интенсивный теплообмен кристалла самого кварца с окружающей средой осуществляется через выводы 21, при-этом .температурное поле вокруг остальной части резонатора 20 должно быть максимально равномерным. С этой целью термостат содержит кожух, состоящий из двух частей 2, и 2 J из одинакового материала с высокой теплопроводностью.

разделенных теплоизоляционной прокладкой 22, поэтому температурное поле в пространстве вдоль оси термостата, т.е. вдоль рабочей камеры, имеет, вид, показанный на фиг. 2. Равномерность температурного поля достигается использованием в качестве материала кожуха материала с высокой теплопроводностью, который фактически осуществляет нагрев камеры, так как тепло, распространяющееся от нагревателей 18 и 19 по частям 2 и 2 кожуха соответственно, из- за их высокой теплопроводности практически одинаково нагревает точки, находящиеся на расстоянии друг от друга. При необходимости создания равномерного температурного поля с прецизионными харак-теристиками количество нагревателей, запрессованны в частях 2 и 2 кожуха должно быть увеличено, при этом принцип работы устройства остается прежним.

В момент включения на выходе таймера 7 формируется 1, которая разрешает работу ПЗУ 7 и 8, и с выходов последних снимаются коды, пропорциональные необходимому изменению температуры термодатчиков 3 и А в процессе выхода на режим, при этом термодатчик 3 измеряет температуру корпуса резонатора 20, а термодатчик 4 - температуру в районе выводов 21. Кривые разгона термостата и время выхода на режим рассчитываются для данной модели термостата на ЭВМ с учетом внутренней структуры кварцевого р.езонатора 20 (т.е. теплообмена самого кристалла с корпусом и выводами 21). Переключатели 16 и 17 подключают выходные клеммы к первым вхоным клеммам, поэтому напряжения, снимаемые с выходов ЦАП 10 и. 11 и характеризующие процесс роста температуры точек, в которых расположены термодатчики 4 и 3 соответственно, поступают на первые входы дифференциальных усилителей 12 и 13, которые вырабатывают сигнал управления ,в зависимости от их разности с истинными значениями напряжений, снимаемых с термодатчиков 4 и 3.

Так как нагреватели 18 и 19 расположены в частях 2, и 2 кожуха, а точки соприкосновения последних с теплоизоляционной прокладкой 22 заземлены, то токи усилителей 14 и 15 мощности протекают через соответствующие нагреватели и электропроводно тело 2 или 2 кожуха на зеипю. Таким образом, в процессе выхода на режим обеспечивается равномерность температурного поля в пространстве, окружающем корпус кварцевого резонатора 20, и необходимый градиент температур между пространством, окружающим корпус кварцевого резонатора 20 и пространством в районе выводов 21 резонатора 20.

По истечении заданного времени выхода на режим на выходе таймера 7 формируется О и к первым входам дифференциальных усилителей 12 и 13 подключаются выходы задатчиков 5 и 6 которые задают необходимую температуру статирования в районе выводов 21 и корпуса кварцевого резонатора 20, при этом температура в районе выводов 21 должна быть несколько меньше температуры в районе остальной части кварцевого резонатора 20. Таким образом, в процессе выхода на режим осуществляется равномерный прогрев корпуса кварцевого резонатора 20, так как кожух изготовлен из материала с высокой теплопроводностью, а определенный градиент температур между npocTpaHCTBONf района выводов 21 и района расположения корпуса резонатора 20 обеспечивает равномер- ньй прогрев самого кристалла кварца, что ускоряет выход кварцевого резонатора на режим. После выхода термостата на режим регулирование осуществляется по пропорциональному закону.

Преимуществом предлагаемого устройства по сравнению с известными является простота и технологичность

Формула изобретен 1. Устройство для термостабип ции кварцевого резонатора, содер щее термостат с расположенными в ри него первым и вторым термодат ками и кварцевым резонатором, по довательно соединенные первый диф ренциальный усилитель, первый ус 10 тель мощности и первый нагревател а также последовательно соединенн второй дифференциальный усилитель второй усилитель мощности- и второ нагреватель, а также первый и вто 15 задатчики температуры, причем пе термодатчик соединен с одним из в дов первого дифференциального ус лителя, а второй термодатчик подк чен, к одному из входов второго ди 20 Ференциального усилителя, отл чающееся тем, что, с цел снижения градиента температуры кв цевого резонатора, уЬтройство сод жит таймер, последовательно соеди 25 ненные первое постоянное запомина щее устройство и первый цифроанал вый преобразователь, последовател соединенные второе постоянное зап минающее устройство и второй цифр 30 аналоговый преобразователь, а такж первый и второй переключатели, при чем выходы каждого переключателя подключены к другим входам соответ ствующих дифференциальных усилител .jg выходы первого задатчика температу и первого цифроаналогового преобр зователя подключены к соответствую входам первого переключателя, выходы второго- задатчика темпер 40 турь) и второго цифроаналогового п образователя соединены с соответст вующими входами второго переключа теля, выход таймера подключен к уп равляющим входам постоянных запоми

конструкции термостата, в котором ча- ° постоянных запоми „ 45 нающих устройств и переключателей,

Р ТМ / . М V - If rt . Лчо I, j-ч я ... .

сти 2 и 2 кожуха« фактически являются нагревателями и прогревают пространство камеры равномерно. Наличие теплоизоляционной прокладки и выполнение кожуха из материала с высокой теплопроводностью обеспечивает возможность оптимального прогрева кристалла кварца как в процессе выхода термостата на режим, так и в процессе термостатирования, что уменьшает время выхода кварца на рабочую частоту.

первый термодатчик установлен у ко пуса кварцевого резонатора, а втор термодатчик установлен у выводов кварцевого резонатора.

50 2. Устройство по п. 1, отли чающееся тем, что термода ки и кварцевый резонатор помещены в теплопроводный кожух, состоящий двух частей, разделенных теплоизоли

55 РУвЩей прокладкой, а первый и второ нагреватели установлены в соответст вующих частях теплопроводного кожух

Формула изобретения 1. Устройство для термостабипиза- ции кварцевого резонатора, содержа- щее термостат с расположенными внутри него первым и вторым термодатчи- ками и кварцевым резонатором, последовательно соединенные первый дифференциальный усилитель, первый усили- 10 тель мощности и первый нагреватель, а также последовательно соединенные второй дифференциальный усилитель, второй усилитель мощности- и второй нагреватель, а также первый и второй 15 задатчики температуры, причем первый термодатчик соединен с одним из входов первого дифференциального усилителя, а второй термодатчик подключен, к одному из входов второго диф- 20 Ференциального усилителя, отличающееся тем, что, с целью снижения градиента температуры кварцевого резонатора, уЬтройство содержит таймер, последовательно соеди- 25 ненные первое постоянное запоминающее устройство и первый цифроаналого- вый преобразователь, последовательно соединенные второе постоянное запоминающее устройство и второй цифро- 30 аналоговый преобразователь, а также первый и второй переключатели, причем выходы каждого переключателя подключены к другим входам соответствующих дифференциальных усилителей, .jg выходы первого задатчика температуры и первого цифроаналогового преобразователя подключены к соответствующим входам первого переключателя, а выходы второго- задатчика темпера- 0 турь) и второго цифроаналогового преобразователя соединены с соответствующими входами второго переключателя, выход таймера подключен к управляющим входам постоянных запоми - -- ° постоянных запоми 5 нающих устройств и переключателей,

° постоянных запоми 45 нающих устройств и переключателей,

.

первый термодатчик установлен у корпуса кварцевого резонатора, а второй термодатчик установлен у выводов кварцевого резонатора.

50 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что термодатчики и кварцевый резонатор помещены в теплопроводный кожух, состоящий из двух частей, разделенных теплоизоли55 РУвЩей прокладкой, а первый и второй нагреватели установлены в соответствующих частях теплопроводного кожуха.

Изобретение относится к технике автоматического регулирования тем- пературы и может использоваться для поддержания температуры кварцевого резонатора в различньк системах тер- мостатирования. Устройство содержит термостат с расположенными в нем двумя термодатчиками и кварцевым резонатором, сигналы термодатчиков поступают на соответствующие дифференциальные усилители, к выходам которых подсоединены усилители мощности с нагревателями, и также два задатчика температуры и обеспечивает снижение градиента температуры кварцевого резонатора за счет наличия двух ПЗУ, двух ДАН, двух переключателей и таймера, которьм управляет их работой при смене режимов термостата, внутри которого находится теплопроводящий кожух, состоящий из двух частей, разделенных теплоизолирующей прокладкой, в каждой из которых расположен нагреватель, при этом один из термодатчиков расположен у корпуса кварцевого резонатора, а другой - у-его выводов. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. SS (Л

фиг.1