Устройство для регулирования температуры Советский патент 1992 года по МПК G05D23/19 

Изобретение относится к системам автоматического регулирования и мо4- жет быть использовано для точного регулирования подводимой к объекту мощности, например, в регуляторах, и температуры объекта в устройствах для измерения1 холодопроизводитель- ности микрокриогенных систем (МКС).

Цель изобретения - снижение теплового сопротивления объект-нагреватель, повышение уровня подводимой тепловой мощности, расширение области применения.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для регулирования температуры введены п - 1 дополнительных транзисторных нагревателей, делитель напряжения,выполненный на п резисторах и п - 1 дополнительных операционных усилителей, причем транзисторный нагреватель соединен с другой шиной питания через последовательно соединенные п - 1 дополнительных транзисторных нагревателей,

делитель напряжения подключен параллельно всем последовательно соединенным нагревателям , инвертирующие входы соответствующих дополнительных операционных усилителей соединены с соответствующими выводами делителя напряжения, неинвертирующие входы - с объединенными выводами соответствующих нагревателей, а выходы подключены к управляющим электродам соответствующих дополнительных транзисторных нагревателей.

Введение п-1 нагревателей позволило уменьшить тепловое сопротивление объект-нагреватель и перегрев нагревателя относительно температуры объекта, расширить диапазон подводимой мощности.

Введение п - 1 дополнительных усилителей обеспечило независимость подводимой к нагревателям мощности от их разброса параметров.

Введение п резисторов делителя обеспечило задание на нагревателях

СО

с

ч ел ел

го о

го

J

заданных, например, равных, уровней мощности.

Таким образом., существенно расширена область применения устройств

На чертеже представлена функциональная схема устройства для регулирования температуры,,

Устройство для регулирования температуры содержит первый и второй операционные усилители 1 и 2 дополнительные усилители с первого по (п - 1 ) 3,4,..,5, нагреватели с первого по n-ый 6,7,8,t..,9, образцовый рези сто р 10, первый и второй резисторы 11 и 12, резисторы делителя с первого по п-й 13, ,15 ,,.,16, регулирующий элемент 17, преобразователи 18 и 19 напряжение - ток, амплитудный селектор 20, вход 21 опорного напряжения, вход 22 управляющего напряжения. Точка соединения нагревателя 6 и резистора 10 подключена через резисто 11 и инвертирующему входу усилителя 1, неинвертирующий вход которого соединен с общей шиной, а выход через регулирующий элемент 17 - с другим входом резистора 10 и через резистор 12 - с инвертирующим входо второго усилителя 2.

Неинвертирующий вход усилителя L соединен с точкой соединения нагревателя 6 и резистора 10, а выход - с управляющим входом Hai- ревателя 6. Вход 21 является входом опорного напряжения, а вход 22 - входом управляющего напряжения амплитудного селектора 20, выходы которого соединены через преобразователи 18 и 19 с инвертирующими входами усилителей 1 и 2. Нагреватели 6,7,8,. с ,,Э, включены последовательно. Другой вывод нагревателя 9 соединен с общей шиной„ Резисторы 13, , 15,с..,16 образуют делитель и включены между точкой соединения резистора 10 и нагревателя б с

Точки соединения нагревателей и точки соединения резисторов 13, 1, 15,.с., 16 родключены соответственно к неинвертирующим и инвертирующим входам усилителей 3,,..., Ь, выходы которых соединены с соответствующими управляющими входами нагревателей 7,8,...9.

Устройство для регулирования температуры работает следующим обра ЗОМс

Напряжения UQ на входе 21 и Un на входе 22 имеют одинаковый знак, например, минус. Первый выход амплитудного селектора 20, соединенны с входом преобразователя 18, есть Q выход максимального по модулю значения напряжения из двух входных Второй его выход, соединенный с входом преобразователя 19, - выход минимального по модулю значения 15 входных напряжений„

Таким образом, при изменении напряжения Uy от нуля до UOTOK I,,, формируемый на выходе преобразователя 18, определяется как 20 I, , (1)

где К, - коэффициент преобразования преобразователя 18, а на выходе преобразователя 19 устанавливается ток 25 iz к2иу, (2)

где К - коэффициент преобразования преобразователя 19, т.е„ через нагреватели протекает ток 30

JH или из (1)

R1

RO

35

1Н

(3)

где КО - сопротивление резистора 10, R1 - сопротивление резистора 12, при суммарном падении напряжения UH на них

UH IZR2; или из (2)

Uи (4) где R2 - сопротивление резистора 11. При этом ток через нагреватели задается постоянным (не менее начального тока стока используемых транзисторов), а напряжение на них определяется управляющим напряжением

Uу (Ц),

Суммарная мощность на нагревателях

R 1 R

Р к,к2и0иг45--- (5)

а мощность Р;, выделяемая на каждом из них,

р. :

р R;

R1 R2 R;

i-JiT Vo RQ-J-R/- (6

51

где R - сопротивление i-ro резистора делителя(

п - число резисторов делителя.

При дальнейшем изменении напряжения Un от UQTOK 1„, формируемый на выходе преобразователя 18, определяется как.

I-j- К,1Г (7) а на выходе преоЬразователя 19 устанавливается ток

14 - K2U0. (8)

Ток через нагреватели 6,7,8,...,Э

R1

R1

г (9)

при суммарном падении напряжении на них

UH - I4R2 KZU0R2.

(Ю)

При этом напряжение на нагревателях задано постоянным (определяется минимальным падением напряжения на регулирующем элементе 17), а ток через них определяется управляющим напряжением V п (Э)

Суммарная мощность Р на нагревателях и в этом случае определена выражением (Ь), а Р- - выражением (ь).

Анализ схемы устройства показывает, что установка тока через нагреватели осуществляется управлением только одного первого нагревателя 6, включенного в отрицательной обратной связи усилителя 2 и используемого в качестве регулятора тока IHC Установка суммарного напряжения на нагревателях осуществляется регулирующим элементом 17, также установленным в обратной связи усилителя 1„ Распределение (установка) падений напряжений на всех п нагревателях осуществляется п - 1 усилителями 3, ,..., 5 в соответствии с номиналами п резисторов 13,1,1Ь

. о о , 16о

Таким образом, обеспечиваются линейное задание мощности на каждом i-м нагревателе независимо от изменения или разброса их параметров,

552646

значительно повышение суммарной рассеиваемой на них мощности.

При этом подведение разогревающего тока к установленным, например, в зоне криостатирования микрокриогенных систем (МКС) последовательно включенным элементам нагревателя осуществляется всего по двум силовым

Ю проводам соответствующего сечения. Подведение же управляющего воздействия на затворы транзисторов для обеспечения минимальных теплоприто- ков возможно с помощью микропроводов

J5 минимального сечения благодаря отсутствию тока управления по цепи затвор - исток регулируемого элемента.

/

20 Формула изобретения

Устройство для регулирования температуры по авт.св, № 167586, отличающееся тем, что,

25 с целью снижения теплового сопротивления объекта-нагревателя, повышения уровня подводимой тепловой мощности и расширения области применения, в устройство введены п - 1

30 дополнительных транзисторных нагревателей, делитель напряжения, выполненный на п резисторах, и п - 1 дополнительных операционных усилителей, причем, транзисторный нагре35 ватель соединен с другой шиной питания через последовательно соединенные п - 1 дополнительных транзисторных нагревателей, делитель напряжения подключен параллельно

4( всем последовательно соединенным нагревателям, инвертирующие входы соответствующих дополнительных операционных усилителей соединены с соответствующими выводами делителя

45 напряжения, неинвертирующие входы - с объединенными выводами соответствующих нагревателей, а выходы подключены к управляющим электродам соответствующих дополнительных тран50 зисторных нагревателей.

Изобретение относится к системам автоматического регулирования и может быть использовано для точного регулирования подводимой к объекту мощности. Устройство содержит 2 операционных усилителя, п - 1 дополнительных операционных усилителей, п транзисторных нагревателей, 1образцовый резистор, первый и второй резисторы и резистор делителя напряжения, 1 регулирующий элемент, 2преобразователя напряжения - ток, 1 амплитудный селектор. 1 ил.