Устройство для термостабилизации Советский патент 1990 года по МПК G05D23/19 

Изобретение относится к системам автоматического регулирования температуры и может использоваться в устройствах для термостатированил, в частности в радиотехнических термостатах для кварцевых резонаторов, а также в устройствах измерения температурно-частотных характеристик прецизионных кварцевых резонаторов в автоматическом режиме, или в устройствах, где требуется обеспечивать поддержание разности температур между двумя точками термостата не более 0,02°С или между двумя и более термостатами не более 0,05°С.

Цель изобретения - повышение точности поддержания температуры в камере за счет уменьшения времени выхода в режим термостабилизации.

На чертеже представлена схема устройства.

Устройство содержит термостат, состоящий из теплоизоляционного кожуха 1 и рабочей камеры 2, источник 3 питающего напряжения, первый контур стабилизации температуры, состоящий из терморегулятора 4 и из основного термодатчика 5 G нагревателем 6, расположенных на боковой поверхности рабочей камеры 2, второй контур стабилизации температуры, состоящий из первого операционного усилителя 7, к одному из входов которого подключен рези- стивный задатчик 8 температуры, к второму входу - общая точка последовательно соединенных резистора 9 и терморезистора 10 измерительного моста, а к выходу операционного усилителя 7 через ограничитель 11 напряжения подключен управляющий электрод полевого транзистора-нагревателя 12, причем общая точка последовательно соединенных резистора 9 и терморезистора 10 подключена к одн ому из входов второго операционного усилителя 13, второй вход которого соединен с общей точкой последовательно соединенных резистора 14 и терморезистора 15, а выход операционного усилителя 13 через ограничитель 16 напряжения подключен к полевому транзистору-нагревателю 17. Полевые транзисторы-нагреватели 12 и 17 расположены на торцах камеры 2 и имеют резьбовое соединение с ней, Рядом с ними на камере 2 расположены терморезисторы 10 и 15 соответственно. Номинальные значения элементов устройства термостабилизации выбраны так, что баланс места, образованного резистивным задатчиком 8 и резистором 9 - терморезистором (10, наступает при температуре tcr, а баланс моста, образованного резистором 9 - терморезистором 10 и резистором 14 - терморезистором 15, наступает, если температуры терморезисторов 10 и 15 равны,т.е. при равенстве температур торцов камеры.

Устройство работает следующим образом.

При включении ,стройства термостабилизации в результате разбаланса моста, образованного резистивным задатчиком 8, резистором 9 и терморезистором 10, на вы0 ходе операционного усилителя 7 устанавливается максимальное напряжение, поступающее на ограничитель 11 напряжения, работающий так, что его выходное напряжение не превышает заданного. В

5 простейшем случае это может быть делитель напряжения на двух резисторах.

Далее это напряжение с выхода ограничителя 11 напряжения поступает на затвор полевого транзистора-нагревателя 12, кото0 рый открывается и через него протекает ток, величина которого определяется вольт-амперной характеристикой полевого транзистора, и который также не превышает заданного. На полевом транзисторе-нагре5 вателе 12 выделяется максимальная мощность, начинается разогрев правого торца камеры.

Изменение температуры правого торца камеры вызывает изменение сопротивле0 ния терморезистора 10, что приводит к разбалансу моста, образованного резистором 9 - терморезистором 10 и резистором 14 - терморезистором 15. Вследствие этого на выходе операционного усилителя 13 появ5 ляется напряжение, которое после ограничителя 16 напряжения поступает на затвор полевого транзистора-нагревателя 17. В результате происходит разогрев левого торца камеры до температуры правого ее торца .

0 При установлении более низкого уровня ограничения ограничителя 11 напряжения по сравнению с ограничителем 16 напряжения на полевом транзисторе-нагревателе 17можетвыде- литься большая мощность по сравнению с

Ъ полевым транзистором-нагревателем 12, что позволяет добиться равенства температур торцов камеры в процессе разогрева при большом градиенте температуры окружающей среды, когда левый торец камеры

0 охлаждается сильнее правого.

Одновременно с разогревом торцов камеры происходит разогрев ее центральной части нагревателем 6, так как величина сигнала на выходе термодатчика 5 имеет такое

5 значение, что терморегулятор 4 обеспечивает максимальную мощность в нагревателе 6.

Таким образом, в процессе разогрева на всех трех нагревателях выделяется максимальная или близкая к максимальной

мощность в отличие от известного устройства, в котором разогрев осуществляет только один центральный нагреватель, Благодаря этому уменьшается время выхода в режим.

При достижении на правом торце камеры температуры tcr восстанавливается баланс моста, в одном из плеч которого находится резистивный задатчик 8, а в другом резистор 9 - терморезистор 10, напряжение на выходе усилителя 7 уменьшается, что приводит к снижению мощности, выделяемой полевым транзистором-нагревателем 12 и установлению пропорционального режима регулирования температуры для правого торца камеры.

Так как мост, образованный резистором 9 - терморезистором 10 и резистором 14 - терморезистором 15, настраивается так, чтобы температура левого торца камеры была равной температуре правого торца, то при достижении температуры tcr правым торцом камеры напряжение на выходе усилителя 13 уменьшается, что приводит к снижению мощности, выделяемой полевым транзистором-нагревателем 17, и установлению пропорционального режима регулирования температуры для левого торца камеры.

Терморегулятор 4 поддерживает температуру tcr центральной части камеры, работая в режиме пропорционального регулирования.

Таким образом, три нагревателя камеры обеспечивают поддержание температуры tcr в ее центральной части и на торцах. Вследствие этого значительно уменьшается градиент температуры по камере вдоль ее оси, что приводит к уменьшению температуры объекта при изменении температуры окружающей среды.

Когда значение температуры правого торца камеры отличается от tcr, мост, образованный резистивным задатчиком 8 и резистором 9 - терморезистором 10, разбалансируется, в результате чего усилитель выдает такой управляющий сигнал на нагреватель правого торца, чтобы восстановить температуру :Ст. Если же значения температур на торцах камеры не равны, то мост, образованный резистором 9 - терморезистором 10 и резистором 14 - терморезистором 15, разбалансируется, в результате операционный усилитель 13 выдает такой управляющий сигнал на нагреватель левого торца камеры, чтобы устранить неравенство температур торцов камеры.

Таким образом, в стационарном режиме работы температура торцов камеры термостата поддерживается равной tcr и при наличии градиента температуры окружающей среды вдоль оси камеры.

Предлагаемое устройство может быть

использовано также для регулирования температуры в двух и более независимых термостатах, когда необходимо поддерживать одинаковые температуры в них, при соответствующем дополнении в устройство управляющих и исполнительных цепей в случае, если число термостатов более двух.

Формула изобретения

Устройство для термостабилизации, содержащее термостат, состоящий из теплоизоляционного кожуха и рабочей камеры, источник питающего напряжения, первый контур стабилизации температуры, состоящий из последовательно соединенных основного термодатчика, терморегулятора и нагревателя, причем первый термодатчик и нагреватель установлены на боковой поверхности рабочей камеры, второй контур стабилизации температуры, состоящий из первого операционного усилителя, к первому входу которого подключен резистивный задатчик температуры, первого и второго терморезисторов, включенных в измерительный мост и исполнительного блока, реализованного на двух полевых транзисторах-нагревателях, установленных на торцах рабочей камеры, в тепловом контакте с которыми размещены соответственно первый и второй терморезисторы, причем общий вывод первых резистора и терморезистора соединен с вторым входом первого операционного усилителя, отличающееся тем, что, с целью повышения

точности поддержания температуры в камере за счет уменьшения градиента температуры по камере и уменьшение времени выхода в режим, устройство содержит во втором контуре стабилизации второй операционный усилитель и первый и второй ограничители напряжения, включенные между выходами соответствующих операционных усилителей и управляющими электродами полевых транзисторов, другие электроды

которых подключены к источнику питающего напряжения, причем к входам второго операционного усилителя подключены выводы выходной диагонали измерительного моста, а к второму входу первого операционного усилителя - вывод первого терморезистора, соединенный с одним из выводов выходной диагонали моста.

Изобретение относится к системам автоматического регулирования температуры. Цель изобретения является увеличение точности поддержания температуры в камере за счет уменьшения градиента температуры по камере и уменьшение времени выхода в режим термостабилизации. Устройство для термостабилизации содержит термостат, состоящий из теплоизоляционного кожуха 1 и рабочей камеры 3, источник питающего напряжения 3, первый контур стабилизации температуры, состоящий из терморегулятора 4 и термодатчика 5 с нагревателем 6, располрженных на боковой поверхности рабочей камеры, второй контур стабилизации температуры, состоящий из первого операционного усилителя 7, к одному из входов которого подключен резистивный задатчик 8, а к второму входу подключена общая точка последовательно соединенных первого резистора 9 и первого терморезистора 10 из исполнительного блока, содержащего два транзистора-нагревателя 12, 17, установленных на торцах камеры, причем возле первого транзистора-нагревателя расположен первый терморезистор 10, а возле второго транзистора-нагревателя расположен второй терморезистор 15, дополнительно к выходу первого операционного усилителя через первый ограничитель напряжения 11 подключен первый электрод первого транзистора-нагревателя 12, второй и третий электроды которого подключены к источнику питания, а общая точка первого резистора и первого терморезистора подключена к одному из входов второго операционного усилителя 13, второй вход которого подключен к общей точке последовательно соединенных второго резистора 14 и второго терморезистора 15, выход второго операционного усилителя через второй ограничитель напряжения 16 подключен к первому электроду второго полевого транзистора-нагревателя 17, второй и третий электроды которого подключены к источнику питания . 1 ил.