Терморегулятор трехзонного термостата Советский патент 1991 года по МПК G05D23/19 G05D23/30 

if

Изобретение относится к автоматическому регулированию температуры в термостатах-электропечах сопротивления, применяемых для проверки и градуировки первичных преобразователей температуры,, а также термической обработки полупроводниковых элементов и оптических деталей Цель изобретения- повышение однородности температурного поля в термостате. Терморегулятор трехзонного термостата содержит три системы регулирования температуры каждой зоны, каждая из которых состоит из первичного преобразователя температуры (термометра сопротивления) 1, термочувствительного моста 2, предварительного усилителя 3, преобразователя напряжения - частота 4, активного фильтра верхних частот 5, пассивного фильтра нижних частот b с термозависимой частотой среза, термометров сопротивления 7, усилителя мощности 8, нагревателя 9, термостатируемого объема (зоны) 10 и эадатчнка 11. Устройство позволяет улучшить равномерность температурного поля в термоста- тнруемом объеме и обеспечивает высокую точность градуировок различных первичных преобразователей. 3 ил.

Фие.г

Изобретение относится к автоматическому регулированию температуры в термостатах-электропечах сопротивления, применяемых для поверки и градуировки первичных преобразователей температуры, а также термической обработки полупроводниковых яле- ментов.и оптических деталей.

Цель изобретения - повышение однородности температурного поля в термостате.

На фиг.1 представлена схема термостата и расположение чувствительных; элементов в нем; на фиг.2 - струк-15 но по объему. Для удобства настройки

турная схема системы регулирования температуры каждой зоны термостата; на фиг03 - конструкция термостата, снабженного первичными преобразователями температуры и нагревателями.

Терморегулятор трехзонного термостата содержит три системы регулирования температуры каждой зоны А,В,С, каждая из которых состоит из первичного преобразователя 1 температуры (термометра сопротивления) 1, термочувствительного моста 2, предварительного усилителя 3, преобразователя 4 напряжение - частота, активного фильтра 5 верхних частот, пассивного фильтра 6 нижних частот с тер- мозависимой частотой среза, термометров 7 сопротивления, усилителя 8 мощности , нагревателя 9, термостатируе- мого объема (зоны) 10 и задатчика 11С

Первичный преобразователь 1 температуры, помещенный в термостатиру- емый объем 10 (соответствующую з.ону), включен в одно из плеч термочувствительного моста чен задачик 11

2, куда также подклю- температуры, выполненный в виде потенциометра. К выходу термочувствительного моста 2 последовательно подключены предварительный усилитель 3, преобразователь 4 напряжение - частота, активный фильтр 5 верхних частот, пассивный фильтр 6 нижних частот, образованный термометрами сопротивления с положительным тепловым коэффициентом сопротивления, размещенными равномерно в термоста- тируемом объеме 10. Фильтр 6 подключен к усилителю 8 мощности, соединенному с нагрузкой 9 - нагревателем Каждая система регулирования обеспечивает поддержание температуры соответствующей зоны на заданном уровне При этом фильтр нижних частот системы регулирования температу

ры центральной зоны А образован четырьмя последовательно соединенными термометрами сопротивления; расположенными по два в каждой периферийной зоне, а фильтры нижних частот систем регулирования Б,С каждой из периферийной зон - двумя термометрами сопротивления, расположенными в центральной .зоне термостата. Основным датчиком температуры в каждой зоне является преобразователь 1, включенный в термочувствительный мост 2 и размещенный в данной зоне равномер0

5

0

5

0

5

0

всех систем регулирования все термометры сопротивления имеют идентичные электрические и теплофизические свойства, при этом материал термометров имеет положительный тепловой коэф- уициент сопротивления.

Терморегулятор работает следующим образом.

При помощи задатчика 11 устанавливается требуемое значение температуры зон А,В,С. В начальный момент времени температура в объеме термостата существенно отличается от заданной, поэтому на выходе моста 2 имеет место большой сигнал разбаланса, которьй посупает на вход предварительного усилителя 3, в котором происходит одновременное усиление и ограничение электрического сигнала На выходе (усилителя) 3 имеет место максимальное напряжение, которое поступает на вход блока 4 преобразования постоянного напряжения в частоту, где преобразуется в прямоугольные импульсы одинаковой амплитуды, идущие с частотой, прямо пропорциональной величине входного напряжения В начальный момент времени частота следования импульсов максимальна о С выхода блока 4 импульсы поступают на вход активного фильтра 5 верхних частот, имеющего высокую добротность и настроенного на частоту среза F|, соответствующую уровню входного напряжения, равному UMM

°И има« г«е

Люке максимальнодопустимое входное напряжение на преобразователе 40 Так как в начальный момент времени частота следования импульсов, поступающих на вход филы- ра 5, максимальна, то они проходят через фильтр 5 без изменений (f f)

С выхода активного фильтра 5 импульсы поступают на вход пассивного

фильтра 6 нижних частот, имеющего в своем составе термометры 7 сопротивления, размещенные равномерно в термостатируемом объеме 10. Частота

среза фильтра 6 f- определяется номиналами термометров 7 и подбирается при настройке устройства таким образом, чтобы при достижении заданной температуры термостатирования t зд. она равнялась частоте среза f. активного фильтра 5о В начальный момент времени , поэтому прямоугольные импульсы проходят через фильтр без изменений. Далее они подаются через усилитель 8 мощности на нагреватель 9о При этом на нагревателе 9 выделяется максимальная мощность.

При подходе температуры термоста- тируюцего объема 10 к заданной разбаланс моста 2 постепенно уменьшается, что приводит к уменьшению напряжения на входе преобразователя 4 и частоты следования импульсов. Одновременно умейьшается частота среза 1

l 2TTRC пассивного фильтра 6 нижних частот за счет изменения (увеличения, так как термометры имеют положительный тепловой коэффициент сопротивления) номиналов термометров 7„ Значения частот среза фильтров 5 и 6(Ј и fg), соответственно приближаются одно к другому, и это, в конечном счете, приводит к постепенному уменьшс шло амплитуды прямоугольных импульсов на входе усилителя 8 мощности, в результате чего уменьшается мощность, выделяемая нагревателем 9.

Так как система - термостатируе- мый объем 10, датчики 1,7 температуры, электронагреватель 9 - обладает достаточно большой постоянной времени, то при уменьшении мощности, выделяемой нагревателем 9, температура обте- ма 10 продолжает расти до некоторого значения, превышающего заданный уровень дд.в результате чего разбаланс моста 2 постепенно умелы.api - ся, в зависимости от постоянной вт мени системы может достичь нуле значения и затем изменить свои .ia При этом мощность, подаваемая ш- L. греватель 9, может укеньыагл - вплоть до нуля, так как блок 4 пр о- разования напряжения в частоту у роен таким образом, что реагирует t гт - ко на одну полярность входного сигнала,, Температура объема 10 начинает

постепенно уменьшаться - разбаланс моста 2 изменяется в противоположном направлении, на выходе преобразователя 4 вновь появляются прямоугольные импульсы, частота среза фильтра 6 нижних частот fg увеличивается и амплитуда импульсов, подаваемых на нагреватель 9 через усилитель 8 мощности, также увеличивается - температура объема 10 начинает расти Процесс повторяется,

Изменение температуры объема 10 и мощности, выделяемой на нагревате5 ле 9, носит быстро затухающий во времени характер Абсолютное значение мощности, выделяемой нагревателем 9, в установившемся режиме определяется автоматически самим терморегулятором

0 и зависит от постоянной времени системы и уровня задаваемых температур„ При изменении условий теплообмена термостатируемого объема 10 со средой при возмуцениях) происходит со5 отпетствующее установление заданной температуры аналогично описанному,

Изобретение позволяет улучшить равномерность температурного почя в тер- 0 мостатируемом объеме и обеспечивает высокую точность градуировок различных первичных преобразователей.

35

р о р м у л а изобретения

Терморегулятор трехзонного термостата, состоящий из трех контуров регулирования температуры зоны, каждый из которых содержит измерительный мост с те монстром сопротивления и задатчиком температуры, включенными в соответствующие плечи, последовательно с которым включен предварительный усилитель, последовательно соединенные усилитель мощности и нагреватель, отличающийся тем, что, с целью повышения однородности температурного поля в термостате, в крайние зоны термостата введе- ш по два дополнительных термометра сопротивления, а в центральную - четыре, в каждом контуре регулирования температуры между входом предварительного усилителя и входом усилителя мощности установлены последовательно соединенные преобразователь напряжения - частота, активный фильтр верхних частот и пассивный фильтр1 нижних

hMMAi гЛ/VWWWVH пЛЛЛЛ/Ч

Фиг. 1