Устройство для решения нелинейных задач теплопроводности Советский патент 1975 года по МПК G06G7/46 

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и предназначено для задания в :/ С-сетку переменных и нелинейных граничных условий при решении как прямых, так и обратных задач конвективного лучистого и контактного теплообмена. Известно устройство для решения нелинейных задач теплопроводности, содержавшее модель-сетку, МОП-транзисторы, усилители постоянного тока, резисторы и делители напряжения. Вход первого усилителя через первый резистор подключен к модели-сетке, соединенной со стоком первого МОП-транзистора, исток первого МОП-транзистора через второй резистор - к выходу первого усилителя и к входу второго усилителя, выход которого соединен с затвором первого МОП-транзистора. Исток и сток второго МОП-транзистора подключены к входу и выходу первого усилителя, причем затвор второго транзистора через третий резистор соединен с выходом первого усилителя, а между стоком и истоком каждого МОП-транзистора включены делители напряжения, к средней точке которых подсоединены подложки МОП-транзисторов. Однако в известном устройстве входное напряжение не является непосредственно электрическим аналогом коэффициента теплообмена. Это снижает точность работы устройства, поскольку каждый раз необходимо при формировании напряжения индивидуально учитывать вид вольт-амперной характеристики линеаризованного МОП-транзистора. Кроме того, указанное устройство, позволяя учитывать переменность коэффициента во времени, не дает возможности учитывать его зависимость от температуры тела, что необходимо при решении некоторых нелинейных задач. Предлолсепное устройство для решения нелинейных задач теплопроводности отличается тем, что, с целью повышения точности, содержит дополнительно третий операционный усилитель с МОП-транзистором и резисторами в цепи обратной связи и входными резисторами. Вход операционного усилителя через первый входной резистор соединен с узлом сеточной модели, через второй входной резистор-с вторым входом устройства, через последовательно соединенные первый и второй резисторы обратной связи - с третьим входом устройства и со стоком, а непосредственно - с истоком МОП-транзистора, затвор которого через третий резистор обратной связи подключен к третьему входу устройства и через четвертый резистор - к выходу третьего операционного усилителя п резистору в цепи затвора второго МОП-транзистора. На чертеже показана схема устройства. Устройство включает в себя схему 1 известного устройства для решения теплопроводности, в которой имеется два усилителя 2 и 3 постоянного тока, два МОП-транзистора 4 и 5 и сеточную модель 6. Дополнительно устройство содержит третий олерационный усилитель 7, к входу которого присоединены два входных резистора 8 и 9. В обратной связи усилителя 7 включены резисторы 10-13 и МОП-транзистор 14. Устройство имеет входы 15, 16 и 17. Для повышения точности работы устройства н также расширения класса решаемых задач управляюш,ий вход линеаризованного МОПтранзистора 5 подключен к выходу усилителя 7. Этот усилитель 7 вместе с входными элементами и обратной связью представляет собой устройство, предназначенное для линейного преобразования напряжения, поданного на его вход, в проводимость gs, перехода стокисток транзистора 14 где t/i и f/2 - напряжения, подаваемые с равными знаками на входы 16, 17; - сопротивление резистора 9. За счет наличия сопротивлений обратной связи вольт-амперные характеристики транзисторов 14, 5 линеаризованы. Поскольку оба этих транзистора управляются одним и тем же напряжением на выходе усилителя 7, при равенстве пороговых напряжений этих транзисторов проводимость gi транзистора 5 равна а К, U,R, где /Ci и /Сг - коэффициенты пропорциональности соответственно транзисторов 5 и 14. Устройство работает следуюш,им образом. При моделировании конвективного теплообмена на вход 17 подается напряжение и. - /Г, - а, моделируюшее интенсивность теплообмена, а на вход 16 - постоянное опорное напряжение. Усилитель 7 преобразует напряжение Ua в обратно пропорциональную по величине проводимость транзистора 5, включенного в обратную связь усилителя 3. При этом ток, задаваемый в модель, равен и Un т - f(n 1 R ) где ЛГп - коэффициент передачи усиAit/jлителя 7. Этот ток является электрическим аналогом теплового потока q и, следовательно, моделирует граничное условие третьего рода q, a(T,-T,).. Если в процессе решения задачи необходимо проводить учет зависимости а от температуры 7п, то между входом усилителя 7 и граничной точкой сеточной модели 6 включается нелинейный резистор 8. При моделировании лучистого теплообмена с учетом зависимости степени черноты тела е от температуры в устройстве используются одинаковые нелинейные резисторы на входе усилителя 3 с вольт-амперной характеристикой вида , а нелинейный резистор 8 имеет вольт-вольтамперную характеристику, отражающую характер зависимости (Un). При этом на вход 17 подается постоянное опорное напряжение. В этом случае ток пропорционален тепловому потоку (Г„).Со.(), где Со - коэффициент лучеиспускания абсолютно черного тела. Устройство может применяться и при решении обратных задач. В этом случае обратная связь усилителя 7 обрывается, а на его входы подается напряжение Un, моделирующее известную температуру исследуемого тела. Усилитель 7 минимизирует разность напряжений f/n И У„. Предмет изобретения Устройство для решения нелинейных задач теплопроводности по авт. св. № 407341, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, оно содержит дополнительно третий операционный усилитель с МОП-транзистором и резисторами в цепи обратной связи и входными резисторами; вход операционного усилителя через первый входной резистор соединен с узлом сеточной модели, через второй входной резистор - с вторым входом устройства, через последовательно соединенные первый и второй резисторы обратной связи - с третьим входом устройства и со стоком и непосредственно - с истоком МОП-транзистора, затвор которого через третий резистор обратной связи соединен с третьим входом устройства и через четвертый резистор - с выходом третьего операционного усилителя и резистором, включенным в цепь затвора второго МОП-транзистора.