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

:х|

iO

xj

00 CJ

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может быть использовано в устройствах для контроля и регулирования температуры в зоне охлаждения микрокриогенных систем.

Известно устройство для регулирования температуры 1, содержащее трансформатор с двумя встречно включенными обмотками, подключенными к датчику и за- датчику температуры через выпрямитель и к входам операционного усилителя с обратной связью непосредственно, усилитель мощности на транзисторе, нагреватель, делители напряжения, конденсаторы и интегральный стабилизатор напряжения, подключенный выводом для выключения внешним сигналом через первый делитель напряжения к выходу операционного усилителя.

Недостатком этого устройства является ограниченная область применения ввиду того, что через усилитель мощности и нагреватель протекает импульсный ток прямо- угольной формы.

Регулирование мощности, выделяемой на нагревателе, и, следовательно,регулиро- ван ие температуры в зоне криостатирова- ния происходит за счет изменения длительности импульсов тока. Такой принцип регулирования неприемлем в том слу- чае, когда чувствительные к помехам элементы устанавливаются в непосредственной близости от нагревателя.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является пропорциональный регулятор температуры 2. Он содержит термочувствительный мост, основной усилитель постоянного тока, к выходу которого подключен нагреватель, разделительный конденсатор, дополнительный усилитель, задатчик опорного напряжения, а также включенные последовательно и подключенные к выходу дополнительного усилителя амплитудный детектор, элемент сравнения, вторым входом связанный с выходом задатчика опорного напряжения, и управляемый делитель напряжения, выход которого соединен с управляющим входом основного усилителя.

Недостатки этого устройства следующие: недостаточная точность поддержания температуры ввиду изменения напряжения на нагревателе при изменении напряжения питающей сети в широком диапазоне (примерно в 1,5 раза от минимального до макси- мального значения); недостаточная передача переменной составляющей напряжения с нагревателя в широком диапазоне частот из-за ограниченной величины емкости разделительного конденсатора и,

,-,

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

следовательно, недостаточное снижение уровня помех на нагревателе.

Целью изобретения является повышение точности поддержания температуры в зоне криостатирования, снижение уровня помех на нагревателе и, следовательно, в зоне криостатирования.

Цель достигается тем, что в устройство для контроля и регулирования температуры, содержащее последовательно соединенные термочувствительный мост, операционный усилитель, усилитель мощности, последовательно соединенные силовой транзистор и нагреватель, введены стабилизатор напряжения (142Ен2Б), который одним выводом подключен к средней точке резистивного делителя напряжения, а другим выводом 13 - к базе основного транзистора; резистив- ный делитель напряжения, подключенный параллельно нагревателю; шунтирующий конденсатор, включенный между базой силового транзистора и средней точкой делителя.

На чертеже изображена принципиальная схема устройства

Устройство содержит термочувствительный мост 1, одно из плеч которого за- шунтировано полупроводниковым криогенным термопреобразователем 2, расположённым в зоне 3 криостатирования. Последовательно с мостом включены операционный усилитель 4 (микросхемы 140УД7), усилитель 5 мощности. На базу силового транзистора 6 подается выходное напряжение с интегрального стабилизатора 7. Последовательно с силовым транзистором 6 подключен нагреватель 8, параллельно которому подключен делитель 9 с верхним 10 и нижним 11 плечами.

Устройство работает следующим образом.

При включении микрокриогенной системы и, следовательно,устройства для контроля и регулирования температуры в зоне криостатирования температура +(25ЯО)° С, сопротивление полупроводникового криогенного термопреобразователя 20-30 Ом.

ч

«

Напряжение +(27i|B подается на контакты 4, 16 относительно контакта 8 интегрального стабилизатора 7. Напряжение на нижнем плече делителя больше 1,8 В, т.к. транзистор 12 усилителя 5 мощности открыт (1,8 В - напряжение внутреннего источника опоры интегрального стабилизатора. См. Аналоговые и цифровые интегральные схемы /Под ред. С.В.Якубовского. М.: Сов. радио, 1979). Напряжение на нагревателе равно нулю.

При понижении температуры в зоне криостатирования до 80 -1 К сопротивление полупроводникового криогенного термо- преобразователя увеличивается до 10-20 кОм, транзистор 12 усилителя мощности закрывается, напряжение на нижнем плече делителя уменьшается, силовой транзистор 6 открывается и через нагреватель течет ток,

При изменении напряжения питающей сети от 24 до 34 В, при изменении температуры в зоне криостатирования от 79 до 81 К изменяется напряжение на нагревателе и, следовательно, на делителе. Сигнал об изменении температуры в зоне криостатирования поступает на нижнее плечо 11 делителя с выхода операционного усилителя, Напряжение со средней точки делителя подается на контакт 12 интегрального стабилизатора 7. Кроме того, при пульсациях в сети в диапазоне от 20 Гц до 25 кГц делитель с шунтирующим конденсатором 13 обеспечивает обратную связь по переменному то- ку в указанном диапазоне частот.

При увеличении напряжения питающей сети или при увеличении амплитуды пульсации питающей сети, или при изменении температуры в зоне криостатирования до (80 + 1) К напряжение на нагрузке - нагревателе увеличивается, сигнал, поступающий на базу силового транзистора, изменяет сопротивление перехода коллектор - эмиттер транзистора (увеличивает), падение напряжения на переходе увеличивается, а на нагрузке - нагревателе уменьшается и поддерживается постоянным, постоянной поддерживается и температура в зоне криостатирования.

При уменьшении напряжения питающей сети или при уменьшении амплитуды пульсаций питающей сети, или при изменении температуры в зоне криостатирования до (80 - 1) К, сопротивление перехода коллектор - эмиттер силового транзистора уменьшается, падение напряжения на переходе уменьшается, а напряжение на нагревателе увеличивается и поддерживается постоянным, постоянной поддерживается и температура в зоне криостатирования. Предлагаемое устройство осуществляет контроль температуры в зоне криостатирования при подключении к выходу операционного усилителя 4 измерительного прибора, предварительно проградуирован- ного в единицах температуры.

Формула изобретения Устройство для контроля и регулирования температуры, содержащее последовательно соединенные термочувствительный мост, операционный усилитель, усилитель мощности, последовательно соединенные силовой транзистор и нагреватель, отличающееся тем, что, с целью повышения точности при снижении уровня помех, оно содержит стабилизатор напряжения, резистивный делитель напряжения и шунтирующий конденсатор, при этом резистивный делитель напряжения подключен параллельно нагревателю и связан выходом с управляющим входом стабилизатора напряжения и через шунтирующий конденсатор с входными электродами силового транзистора, связанного с выходом стабилизатора напряжения, управляющий вход которого подключен к выходу усилителя мощности.

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано для контроля и регулирования криогенных температур. Цель изобретения - повышение точности о+гч поддержания температуры при снижении уровня помех. Устройство содержит последовательно соединенные термочувствительный мост 1, операционный усилитель 4, усилитель 5 мощности, силовой транзистор 6 и нагреватель 8, размещенный в зоне 3 криостатирования. В устройство введены стабилизатор напряжения, резистивный делитель 9 напряжения, подключенный парал- лельно нагревателю, шунтирующий конденсатор 13, Введение в устройство билизатора 7, резистивного делителя 9 напряжения , шунтирующего конденсатора 13 позволяет повысить точность регулирования температуры и снизить уровень помех на нагревателе и, следовательно в зоне криостатирования. 1 ил. СО С