Устройство для термостабилизации

 

Изобретение относится к системам автоматического регулирования температуры. Цель изобретения является увеличение точности поддержания температуры в камере за счет уменьшения градиента температуры по камере и уменьшение времени выхода в режим термостабилизации. Устройство для термостабилизации содержит термостат, состоящий из теплоизоляционного кожуха 1 и рабочей камеры 3, источник питающего напряжения 3, первый контур стабилизации температуры, состоящий из терморегулятора 4 и термодатчика 5 с нагревателем 6, располрженных на боковой поверхности рабочей камеры, второй контур стабилизации температуры, состоящий из первого операционного усилителя 7, к одному из входов которого подключен резистивный задатчик 8, а к второму входу подключена общая точка последовательно соединенных первого резистора 9 и первого терморезистора 10 из исполнительного блока, содержащего два транзистора-нагревателя 12, 17, установленных на торцах камеры, причем возле первого транзистора-нагревателя расположен первый терморезистор 10, а возле второго транзистора-нагревателя расположен второй терморезистор 15, дополнительно к выходу первого операционного усилителя через первый ограничитель напряжения 11 подключен первый электрод первого транзистора-нагревателя 12, второй и третий электроды которого подключены к источнику питания, а общая точка первого резистора и первого терморезистора подключена к одному из входов второго операционного усилителя 13, второй вход которого подключен к общей точке последовательно соединенных второго резистора 14 и второго терморезистора 15, выход второго операционного усилителя через второй ограничитель напряжения 16 подключен к первому электроду второго полевого транзистора-нагревателя 17, второй и третий электроды которого подключены к источнику питания . 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (Я)5 G 05 D 23/19

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4417230/24-24 (22) 26.04.88 (46) 23.07.90. Бюл. М 27 (72) А,В. Васильченко и В.В. Попов (53) 621.555.6(088.8) (56) Яхонтов В.А. Минимизация нестабильности температуры термостата. — Техника средств связи, 1981, вып. 4.

Авторское свидетельство СССР

М 1273894, кл. G 05 0 23/30, 1985. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕРМОСТАБИЛИЗАЦИИ (57) Изобретение относится к системам автоматического регулирования температуры.

Целью изобретения является увеличение точности поддержания температуры в камере за счет уменьшения градиента температуры по камере и уменьшение времени выхода в режим термостабилизации. Устройство для термостабилизации содержит термастат, состоящий из теплоизоляционного кожуха 1 и рабочей камеры 2, источник питающего напряжения 3, первый контур стабилизации температуры, состоящий из терморегулятора 4 и термодатчика 5 с нагревателем 6, расположенных на боковой поверхности рабочей камеры, второй контур стабилизации температуры, состоящий из первого операционного усилителя 7, к одно„„5U „„1580332 А1 му из входов которого подключен резистивный ээдатчик 8, а к второму входу подключена общая точка последовательно соединенных первого резистора 9 и первого термореэистора 10 из исполнительного блока, содержащего два транзистора-нагревателя 12, 17, установленных на торцах камеры, причем возле первого транзистора-нагревателя расположен первый терморезистор 10, а возле второго транзистора-нагревателя расположен второй терморезистор 15, дополнительно к выходу первого операционного усилителя через первый ограничитель напряжения 11 подключен первый электрод первого полевого транзистора-нагревателя 12, ! второй и третий электроды которого подключены к источнику питания, а общая точка первого резистора и первого терморезистора подключена к одному из входов второго операционного усилителя 13, второй вход которого подключен к общей точке а последовательно соединенных второго резистора 14 и второго терморезистора 15, выход второго операционного усилителя через второй ограничитель напряжения 16 подключен к первому электроду второго полевого транзистора-нагревателя 17, второй и третий электроды которого подключены к источнику питания. 1 ил.

1580332

Изобретение относится к системам автоматического регулирования температуры и может использоваться в устройствах для термостатирования, в частности в радиотехнических термостатах для кварцевых резонаторов, а также в устройствах измерения температурно-частотных характеристик прецизионных кварцевых резонаторов в автоматическом режиме, или в устройствах, где требуется обеспечивать поддержание разности температур между двумя точками термостата не более 0,02 С или между двумя и более термостатами не более 0,05 С.

Цель изобретения — повышение точности поддержания температуры в камере за счет уменьшения времени выхода в режим термостабилизации.

На чертеже представлена схема устройства.

Устройство содержит термостат, состоящий из теплоизоляционного кожуха 1 и рабочей камеры 2, источник 3 питающего напряжения, первый контур стабилизации температуры, состоящий из терморегулятора 4 и из основного термодатчика 5 с нагревателем 6, расположенных на боковой поверхности рабочей камеры 2, второй контур стабилизации температуры, состоящий из первого операционного усилителя 7, к. одному из входов которого подключен резистивный эадатчик 8 температуры, к второму входу — общая точка последовательно соединенных резистора 9 и терморезистора 10 измерительного моста, а к выходу операционного усилителя 7 через ограничитель 11 напряжения подключен управляющий электрод полевого транзистора-нагревателя 12, причем общая точка последовательно соединенных резистора 9 и термореэистора 10 подключена к одному из входов второго операционного усилителя 13, второй вход которого соединен с общей точкой последовательно.соединенных резистора 14 и терморезистора 15, а выход операционного усилителя 13 через ограничитель

16 напряжения подключен к полевому транзистору-нагревателю 17. Полевые транзисторы-нагреватели 12 и 17 расположены на торцах камеры 2 и имеют резьбовое. соединение с ней. Рядом с ними на камере 2 расположены терморезисторы 10 и 15 соответственно. Номинальные значения элементов устройства термостабилизации выбраны так, что баланс места, образованного резистивным задатчиком 8 и резистором 9 — терморезистором 10, наступает при температуре t<>, а баланс моста, образованного резистором 9 — терморезистором 10 и резистором 14 — терморезисто10

55 ром 15, наступает, если температуры терморезисторов 10 и 15 равн ы, т.е. и ри равенстве температур торцов камеры.

Устройство работает следующим образом.

При включении „стройства термостабилиэации в результате раэбаланса моста, образованного резистивным эадатчиком 8, резистором 9 и терморезистором 10, на выходе операционного усилителя 7 устанавливается максимальное напряжение, поступающее на ограничитель 11 напряжения, работающий так, что его выходное напряжение не превышает заданного. В простейшем случае это может быть делитель напряжения на двух резисторах.

Далее это напряжение с выхода ограничителя 11 напряжения поступает на затвор полевого транзистора-нагревателя 12, который открывается и через него протекает ток, величина которого определяется вольт-амперной характеристикой полевого транзистора, и который также не превышает заданного. На полевом транзисторе-нагревателе 12 выделяется максимальная мощность, начинается разогрев правого торца камеры.

Изменение температуры правого торца камеры вызывает изменение сопротивления терморезистора 10, что приводит к разбалансу моста, образованного резистором

9 — термореэистором 10 и резистором 14— терморезистором 15. Вследствие этого на выходе операционного усилителя 13 появляется напряжение, которое после ограничителя 16 напряжения поступает на затвор полевого транзистора-нагревателя 17. В результате происходит разогрев левого торца камеры до температуры правого ее торца .

При установлении более низкого уровня ограничения ограничителя 11 напряжения по сравнению с ограничителем 16 напряжения на полевом транзисторе-нагревателе17может выделиться большая мощность по сравнению с полевым транзистором-нагревателем 12, что позволяет добиться равенства температур торцов камеры в процессе разогрева при большом градиенте температуры окружающей среды, когда левый торец камеры охлаждается сильнее правого.

Одновременно с разогревом торцов камеры происходит разогрев ее центральной части нагревателем 6, так как величина сигнала на выходе термодатчика 5 имеет такое значение, что терморегулятор 4 обеспечивает максимальную мощность в нагревателе 6.

Таким образом, в процессе разогрева на всех трех нагревателях выделяется максимальная или близкая к максимальной

1580332 мощность в отличие от известного устройства, в котором разогрев осуществляет только один центральный нагреватель, Благодаря этому уменьшается время выхода в режим.

При достижении на правом торце камеры температуры t«восстанавливается баланс моста, s одном иэ плеч которого находится резистивный задатчик 8, а в другом резистор 9 — терморезистор 10, напряжение на выходе усилителя 7 уменьшается, что приводит к снижению мощности, выделяемой полевым транзистором-нагревателем 12 и установлению пропорционального режима регулирования температуры для правого торца камеры, Так как мост, образованный резистором

9 — терморезистором 10 и резистором 14— терморезистором 15, настраивается так, чтобы температура левого торца камеры была равной температуре правого торца, то при достижении температуры t«правым торцом камеры напряжение на выходе усилителя 13 уменьшается, что приводит к снижению мощности, выделяемой полевым транзистором-нагревателем 17, и установлению пропорционального режима регулирования температуры для левого торца камеры.

Терморегулятор 4 поддерживает температуру t«центральной части камеры, работая в режиме пропорционального регулирования, Таким образом, три нагревателя камеры обеспечивают поддержание температуры t«в ее центральной части и на торцах.

Вследствие этого значительно уменьшается градиент температуры по камере вдоль ее оси, что приводит к уменьшению температуры объекта при изменении температуры окружающей среды.

Когда значение температуры правого торца камеры отличается от т,, мост, образованный резистивным задатчиком 8 и резистором 9 — терморезистором 10, разбалансируется, в результате чего усилитель 7 выдает такой управляющий сигнал на нагреватель правого торца, чтобы восстановить температуру t«, Если же значения температур на торцах камеры не равны, то мост, образованный резистором 9 — терморезистором 10 и резистором 14 — терморезистором 15, разбалансируется, в результате операционный усилитель 13 выдаеттакой управляющий сигнал на нагреватель левого торца камеры, чтобы устранить неравенство температур торцов камеры.

Таким образом, в стационарном режи5

55 ме работы температура торцов камеры термостата поддерживается равной t«и пои наличии градиента температуры окружающей среды вдоль оси камеры.

Предлагаемое устройство может быть использовано также для регулирования температуры в двух и более независимых термостатах, когда необходимо поддерживать одинаковые температуры в них, при соответствующем дополнении в устройство управляющих и исполнительных цепей в случае, если число термостатов более двух.

Формула изобретения

Устройство для термостабилизации, содержащее термостат, состоящий из теплоизоляционного кожуха и рабочей камеры, источник питающего напряжения, первый контур стабилизации температуры, состоящий из последовательно соединенных основного термодатчика, терморегулятора и нагревателя, причем первый термодатчик и нагреватель установлены на боковой поверхности рабочей камеры, второй контур стабилизации температуры, состоящий из первого операционного усилителя, к первому входу которого подключен реэистивный задатчик температуры, первого и второго терморезисторов, включенных в измерительный мост и исполнительного блока, реализованного на двух полевых транзисторах-нагревателях, установленных на торцах рабочей камеры, в тепловом контакте с которыми размещены соответственно первый и второй терморезисторы, причем общий вывод первых резистора и терморезистора соединен с вторым входом первого операционного усилителя, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности поддержания температуры в камере за счет уменьшения градиента температуры по камере и уменьшение времени выхода в режим, устройство содержит во втором контуре стабилизации второй операционный усилитель и первый и второй ограничители напряжения, включенные между выходами соответствующих операционных усилителей и управляющими электродами полевых транзисторов, другие электроды которых подключены к источнику питающего напряжения, причем к входам второго операционного усилителя подключены выводы выходной диагонали измерительного моста, а к второму входу первого операционного усилителя — вывод первого терморезистора, соединенный с одним из выводов выходной диагонали моста.