Устройство для регулирования температуры Советский патент 1982 года по МПК G05D23/19 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ

Изобретение относится к термометрии осуществляемой методами яаерного кваа- рупольного резонанса (ЯКР) и может быть использовано аля построения системы регулирования и измерения температу ры с импульсным резонансным яаерно- квацрупольным преобразователем. Известно устройство аля регулирования температуры, построенное .на основе стационарной метоаики выделения сигнала ЯКР, в котором резонансный генератор синхронизирован по линии поглощения ЯКР с помщью цепи обратной связи через фазовый детектор 1 . Однако такое устройство, в связи с падением добротности колебательного, кон тура, работоспособно только в положительном температурном диапазоне до . , По основному авт. св. i 481029 известно устройство для регулирования тем пер атуры, содержащее задающий и резонансный генераторы, выходы которых под ключены к элементу сравнения, соединенному с исполнительным элементом И, измерительный блок, а также импульсно- программный блок, модулятор, супергетероцинный преобразователь-усилитель, детектор, пороговый элемент и экстремальный регулятор, причем один вход модулятора подключен к выходу резонансного генератора, другой вход - к выходу импульсного программного блока,, а выход - с измерительным блоком, через последовательно соединенные суперге теродинный преобразоватеш -уси1штель, детектор, пороговый элемент и экстремальный регулятор подключен к резонансному генератору. В этом устройстве регулирование температуры производится по моменту совмещения частот задающего генератора и ЯКР, определяемому по.максимальной длительности сигналов ядерной индукции или спинового эха. С целью повышения точности их установки выходные радиосигналы измерительного блока, снимаемые с колебательного контура в супергетеро-. аинном преобразователе-усилителе (СПУ усиливаются усилием высокой частоты, преобразуются в частоте в смесителе, управляемом гетероцином, частота колебаний которого согласуе1х;я системой ав тематической поцстройки частоты резонансного генератора, и усиливается усилителем промежуточно частоты, после чего детектируются и сглаживаются аетекгором, с выхоца которого сигналы ЯКР поступают на вхоц порогового элемента, созцаюшего на выходе виаеоим- пульсы, длительность которых пропорциональна длительности выхоцных рациосиг налов измерительного блока, Выхоцные сигналы порогового элемента возцейству тог на экстремальный регулятор, которы своим выходным управляющим сигналом изменяет частоту колебаний резонансного генератора цо совпадения с частотой ЯКР. О температуре судят по резонансной частоте, соответствующей экстремальной длительности входных импульсов регулято ра. Причем выбор сигнала управления в эк стремальном регуляторе определяется сиг налами, поступающими, из импульсного программного блока и различающимися п временным факторам 2 . Недостатком этого устройства явля- ется низкая тo шocть регулирования тем пературы, вызванная потерей части ин формационного параметра, обусловленная уменьшением длительности импульса, ве личина KQToporo определяется уровнем срабатывания порогового устройства, а также осуществление регулирования по одному (а именно по длительности) из двух .переменных параметров управляемо го сигнала. Кроме того, использование качестве управляемого параметра в пороговом экстремальном регуляторе сиг налов ядерной индукции и спинового эха с узкой линией поглощения, т.е. с мало цлительностью, затрудняет работу после него. Недостатком указанного устройства является также невозможность использо вания его в качестве широкодиапазонного импульсного ЯКР-измерителя темпе ратуры, обусловленная наличием в нем блоков, задающих температуру в точке измерения, и огра1гаченностью зоны захвата резонансной характеристики ЯКР„ Цель изобретения повышение точно ти регулирования температуры и расширение функциональньос возможностей. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для регулирования температуры введены последовательно соединенные }ттегратор и первый ключевой элемент, выход которого связан с входом экстремального регулятора, а первый вход интегратора - с выходом детектора, причем вторые входы интегратора и пфвого ключевого элемента связаны соответственно с вторым и третьим выходами импульсного программного блока, а также введены частотомер, последовательно соединенные термодатчик, измерительный преобразовагель, функциональный преобразователь перемещение-напряжение и сумматор, а также второй ключевой элемент, первый вход которого связан с вторым выходом измерительного преобразователя, второй вход - с выходом экстремального регулятора, а выход через сумматор подключен к входу резонансного генератора, к выходу которого подключен частотомер. На фиг. 1 показана схема предлагаемого устройства по п. 1 формулы изобре- тения на фиг. 2 - по п. 2 формулы изо- бретепия на фиг, 3 - зависимость частоты ЯКР от температуры. Устройство (фиг. 1) содержит элемент сравнения - реверсивный счетчик 1, задающий генератор 2, резонансный генератор 3, исполнительный элемент 4, тепловой нагреватель 5, обьект 6 управ ления, измерительный блок 7, импульсный программный блок 8, модулятор 9, СПУ 10, детектор 11, интегратор 12, первый ключевой элемент 13- и экстремальный регулятор 14 напряжения. Устройство работает следующим образом. Высокочастотные колебан я резонансного генератора 3 поступают в модулятор 9, вырабатывающий по программе импульсного программного блока 8 зондирующие импульсы, воздействующие на измерительный блок 7, воспринимающий с обьекта 6 управления изменение теплового режима. Который задается частотой задающего генератора 2 через последовательно соединенные реверсивный счетчик 1, сравнивающий частоты задающего 2 и резонансного 3 генераторов, исполнительный элемент 4 и тепловой нагреватель 5, Выходной сигнал с измерительного блока .7 после усиления в СПУ 1О детектируется детектором 11 и поступает на измерительный вход интегратора 12. Импульсный программный 5 9 блок 8 включает интегратор 12 в момен окончания первого зонцирующе п импульса, что обеспечивает интегрирование сип нала свобоцной иноукции, а когца выхоцной сигнал интегратора 12 постигает некоторого порогового уровня, то включается первый ключевой элемент 13, ко торый остается во включенном состоянии ао окончания процесса интегрирования. Длительность импульса, полученного на выхоце ключевого элемента 13, пропорциональная площаци, ограниченной сиг налом свобоцной индукции, и используется в качестве управляющего сигнала экстремального регулятора 14 напряжения, который подстраивает частоту резонансного генератора 3 по максимальной длительности этого импульса, что соответствует максимальной площади, ог раниченной сигнлом свободной индукции, Устройство (фиг. 2) содержит резонансный генератор 3, модулятор 8, импульсный программный блок 8, совмещенный измерительный блок 15, включающий узкоциапазонный измерительный . блок 16 ЯКР-канала, состоящий из блоков I, 2, 3, 4, 5 и 6, термоцатчик 17, СПУ 1 детектор 11, пороговый элемент 18, экстремальный регулятор 14, измерительный преобразователь 19, второй ключе- вой элемент 20, функциональный преобразователь 21 перемещение-напряжение, сумматор 22 и частотомер 23. Зависимость частоты ЯКР -V от температуры Т представляет собой кривую линию 24, а зона захвата ЯКР - зону, ограниченную осями л) и Т и кривыми 25 и 26. Устройство работает следующим обраСигнал ЯКР отсутствует во включенном устройстве, когда рассогласование частоты резонансного генератора 3 и температуры в точке измерения, воспринимаемой измерительным блоком 16 ЯКР-канала и термо датчик ом 17, превышает зону захвата, ограниченную кривыми 25 и 26. При этом сигнал термодатчика 17 поступает на вход измерительного преобразователя 19, изменяя выходной сигнал последнего до соответстви значению измеряемой температуры, причем сигнал управления измерительного преобразователя 19 (т.е. сигнал ошибки канала грубого измерения температуры) отключает на вреМя рассогласования с помршью ключевого элемента 20 выход экстремального регулятора 14 от одного из входов сумматора 22. Выходной сиг- 46 нал измерительного преобразопагеля 19, пропорциона1ьный измеряемой температуре и представляет собой механическое перемещение (угол), воздействует на вход функционального преобразователя 21, причем функция преобразования преобразователя 21 является согласующей между зависимостью частоты ЯКР V рабочего вещества от температуры Т (кривая 24) и зависимостью частоты резонансного генератора ог угфавляемо- го напряжения. Поэтому при достижении выходным сигналом термодатчика 17 значения, соответствующего измеряемой температуре, на выхоце функционального пре- образователя 21 образуется такое напряжение, которое, будучи переданным через сумматор 22 на усфавляюший вход резонансного генератора 3, приводит к изменению частоты послецнего до значения, соответствующего измеряемой температуре, определяемой блоками канала грубого измерения температуры термодатчика 17, измерительного преобразователя 19, а также преобразователя 21. Если эта погрешность не превышает половины ширины зоны захвата ЯКР-измерителя температуры, ограниченной кривыми 25 и 26, что легко мшсет быть осуществлено соответствующим выбором параметром указанных блоков, го в результате использования канала грубого измерения температуры ЯКР-измеритель температуры вводится в зону захвата, ограниченную кривыми 25 и 26, и последующее изменение частоты резонансного генератора 3осуществляется каналом точного измерения температуры, -содержащим узкодиапазонный измерительный блок 16 ЯКРканала, содержащий задающий генератор, элемент сравнения, исполнительный элемент и измерительный блок. В результате окончания согласования выходного сигнала измерительного преобразователя 19 с сигналом термодатчика 17 сигнал ошибки канала грубого измерения температуры исчезает, что приводит к включению ключевого элемента 2О и соединению выхода экстремального регулятора 14 со вторым входом сумматора 22, Таким образом, на управляющий вход резонансного генератора 3 подается выходное напряжение сумматора 22, состоящее из двух составляющих, одна из ко- торьгх определяется результатом грубого измерения температуры, другая - точного измерения. При работе импульсного ЯКР-измерителя в зоне захвата, ограниченной криВыми 25 и 26, высокочастотное напря жение резонансногх генератора 3 возцейсгвуег на моаулятор 9 по программе, опрецеляемой импульсным программным блоком 8 причем моаулятор 9 созпаег зондирующие рациоимпупьсы, возцействующие на измерительный блок 16 ЯКР-канала, на выходе которого образуются сигналы резонанса, усиливаемые н преобразуемые в СПУ 10, аетектируемые цегектором 11 и преобразуемые в плительность выхоцных виаеоимпуль- сов порогового элемента 18

Выходные импульсы порогового элемента 18 поступают на вход экстремального регулятора 14, который своим выходным сигналом, подаваемым через сумматор 22 на управляющий вхоа резонансного Генератора 3, изменяет час-™ готу этого генератора ао максимальной величины длительности входных импуль- сов экстремального регулятора 14, образующихся при точном соответствии частоты резонансного генератора 3 и частоты, соответствующей измеряемой температуре.

При работе точного канала измерения температуры устройство грубого канала измерения температуры в связи с низкой его чувствительностью практически не изменяет своего состояния.

В случае, когда при включении устройства рассогласование частоты резонансного генератора 3 и частоты, соответствующей измеряемой температуре, не превыщает зоны захвата ЯКР-измерите- ля температуры, ограниченной кривыми 25 и 26, то канал грубого измерения температуры в силу низкой его чувствительности не функционирует, и настрой- ка частоты резонансного генератора 3 осуществляется экстремальным регулятором 14 непосредственно.

Предлагаемое изобретение обеспечивает автоматическое введение ЯКР-измерителя температуры в зону захвата при каждом его включении путем использования дополнительного широкодиапазонного измерителя температуры для предварительной настройки частоты резонансного генератора, а также позволяет производить грубый отсчет измеряемой величины по показаниям щирокодиапазонного

измерителя, точный по показаниям ЯКР-измеригепя. При этом улучшаюЛ:я как динамические, так и статические ха рактеристики измерителя.

Оба технических решения могут использоваться как отдельно для достижения поставленной цели так и совместно в составе одного устройства,

В предлагаемом устройстве (фиг. I) регулирование температуры производится по управляющему сигналу, оцениваемому с нулевого уровня по его площади, что повышает точность регулирования на 15- 2О%.

Формула изобретения

I. Устройство для регулирования температуры по авт, св. СССР № 48 1029, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, оно содержит последовательно соединенные интегратор и первый Ключевой элемент, выход кото- рого связан с входом экстремального регулятора, а первый вход интегратора с выходом детектора, причем вторые входы интегратора и первого ключевого элемента связаны соответственно с вторым и третьим выходами импульсного программного блока.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

i-

16

8

/7

/д

2f

е2Z

Фие.2

;/

12

13

Фиг.1

1 -1

w

11

10

15

Фиг. 5