Терморегулятор трехзонного термостата

 

Изобретение относится к автоматическому регулированию температуры в термостатах-электропечах сопротивления , применяемых для проверки и градуировки первичных преобразователей температуры,, а также термической обработки полупроводниковых элементов и оптических деталей Цель изобретенияповышение однородности температурного поля в термостате. Терморегулятор трехзонного термостата содержит три системы регулирования температуры каждой зоны, каждая из которых состоит из первичного преобразователя температуры (термометра сопротивления) 1, термочувствительного моста 2, предварительного усилителя 3, преобразователя напряжения - частота 4, активного фильтра верхних частот 5, пассивного фильтра нижних частот b с термозависимой частотой среза, термометров сопротивления 7, усилителя мощности 8, нагревателя 9, термостатируемого объема (зоны) 10 и эадатчнка 11. Устройство позволяет улучшить равномерность температурного поля в термостатнруемом объеме и обеспечивает высокую точность градуировок различных первичных преобразователей. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ÄÄSUÄÄ 1629899

А1 щ)g 0 "5 1) 23//9 23/30

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Фиа 2

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

Il0 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1, (21) 4365668/24 (22) 18. 01. 88 (46) 23.02.91. Бюл. Р 7 (71) Ленинградский институт точной механики и оптики (72) А.Л.Вассель и В.П.Ходунков (53) 621.555.6(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 1221644, кл. .G 05 D 23/24, 1984.

Певзнер В.В. 11рецизионные регуляторы температуры. М.: 1973, с. 11-12. (54) ТЕРМОРЕГУЛЯТОР ТРЕХЗОННОГО ТЕРMOCTATA (57) Изобретение относится к автоматическому регулированию температуры в термостатах-электропечах сопротивления, применяемых для проверки и градуировки первичных преобразователей температуры,„ а также термической обработки полупроводниковых элементов и оптических деталей. Цель

2 изобретения- повышение однородности температурного поля в термостате.

Терморегулятор трехзонного термостата содержит три системы регулирования температуры каждой зоны, каждая пэ которых состоит из-первичного преобразователя температуры (термометра сопротивления) 1, термочувствительного моста 2, предварительного усилителя 3, преобразователя напряжения — частота 4, активного фильтра верхних частот 5, пассивного фильтра нижних частот 6 с термозависимой частотой среза, термометров сопротивления 7, усилителя мощности 8, нагревателя 9, термостатируемого объема (зоны) 10 и эадатчика 11. Устройство позволяет улучшить равномерность температурного поля в термостатируемом объеме и обеспечивает высокую точность градуировок различных первичных преобразователей. 3 ил.

1629899

Изобретение относится к автоматическому регулированию темйературы в термостатах-электропечах сопротивления, применяемых для поверки и градуировки первичных преобразователей температуры, а также термичес-. кой обработки полупроводниковых элементов.и оптических деталей.

Цель изобретения — повышение однородности температуРного поля в термостате.

На фиг.1 представлена схема термостата и расположение чувствительных элементов в нем; на фиг.2 — струк турная схема системы регулирования температуры каждой зоны термостата; на фиг.3 — конструкция термостата, снабженного первичными преобразователями температуры и нагревателями.

Терморегулятор трехзонного термостата содержит три системы регулирования температуры каждой зоны А,В,С, ках цая из которых состоит из первичного преобразователя 1 температуры (термометра сопротивления) 1, термочувствительного моста 2, предвари- . тельного усилителя 3, преобразова- теля 4 напряжение — частота, активного фильтра 5 верхних частот, пассив ного фильтра 6 нижних частот с термозависимой частотой среза, термометров 7 сопротивления, усилителя 8 мощности, нагревателя 9,. термостатируемого объема (зоны) 10 и задатчика 11.

Первичный преобразователь 1 температуры, помещенный в термостатируемьпг ооъем 10 (соответствующую зону), включен в одно из плеч термочувствительного моста 2, куда также подключен задачик 11 температуры, выполненный в виде потенциометра. К выходу термочувствительного моста 2 последовательно подключены предварительный усилитель 3, преобразователь 4 напряжение — частота, активный фильтр

5 верхних частот, пассивный фильтр 6 нижних частот, образованный термомет= . рами сопротивления с положительным тепловым коэффициентом сопротивления, размещенными равномерно в термостатируемом объеме 10. Фильтр 6 подключен к усилителю 8 мощности, соединенному с нагрузкой 9 — нагревателем.

Каждая система регулирования обеспечивает поддержание температуры соответствующей зоны на заданном уровне t . При этом фильтр нижних частот системы регулирования температу Ф ры центральной зоны А образован четырьмя последовательно соединенными термометрами сопротивления; расположенными по два в каждой периферийной зоне, а фильтры нижних частот систем регулирования В,С каждой из периферийной зон — двумя термометрами сопротивления, расположенными в центральной.зоне термостата. Основным датчиком температуры в каждой зоне является преобразователь 1, включеннгпг в термочувствительный мост ? и размеценньгй в данной зоне равномерно по объему. Для удобства настройки всех систем регулирования все термометры сопротивления имеют идентичные электрические и теплофизические свойства, ири этом материал термометров имеет положительный тепловой коэффициент сопротивления.

Терморегулятор работает следующим образом.

При помощи задатчика 11 устанав25 ливается требуемое значение температуры t AA зон А,В,С. В начальный момент времени температура в объеме термостата существенно отличается от заданной, поэтому на выходе моста

2 имеет место большой сигнал разба—

30 ланса, .который посупает на вход предварительного усилителя 3, в котором

1 происходит одновременное усиление и ограничение электрического сигна35 ла. На выходе (усилителя) 3 имеет место максимальное напряжение, которое поступает на вход блока 4 преобразования постоянного напряжения в частоту, где преобразуется в прямО4 угольные иипульсы одинаковой амплитуды, идущие с частотой, прямо пропорциональной величине входного напряжения. В начальный момент времени частота следования импульсов ггакеимальна. С выхода блока 4 импульсы

4э поступают на вход активного фильтра

5 верхних частот, имеющего высокую добротность и настроенного на частоту среза Г, соответствующую уровню

50 входного напряжения, равному U+<<=

0,1 U „,, где U - максимальнодопустимое входное напряжение на преобразователе 4„ Так как в начальный момент времени частота следования импульсов, поступающих на вход фильтра 5, максимальна, то они проходят через фильтр 5 без изменений (f 7 й, ), С выхода активного фильтра 5 импульсы поступают на вход пассивного

1629899 фильтра 6 нижних частот, имеющего в своем составе термометры 7 сопротивления, размещенные равномерно в термостатируемом объеме 10. Частота среза фильтра 6 f определяется но2 миналами термометров 7 и подбирается при настройке устройства таким образом, чтобы при достижении заданной температуры термостатирования t * она равнялась частоте среза f актив1 ного фильтра 5. В начальньш моиепт времени f< ) f<, поэтому прямоугольные импульсы проходят через фильтр беэ изменений. Далее они подаются через усилитель 8 мощности на нагреватель 9. При этом на нагревателе

9 выделяется максимальная мощность.

При подходе температуры термостатируюцего объема 10 к заданной раз..баланс моста 2 постепенно уменьшается, что приводит к уменьшению ««а««ряжения на входе преобразователя 4 и частоты следовакия импульсов. Одновременно уменьшается частота среза »

2TGK пассивного фильтра 6 нижних

Частот за счет изменения (увеличения, так как термометры имеют положительнь«й тепловой коэффициент сопротивле.ния) номиналов термоиетров ?. Значения частот среза фильтров 5 и 6(f< и

fg), соответственно приближаются одно к другому, и это, в конечном счете, приводит к постепенному уменьше нию амплитуды прямоугольных импульсов на входе усилителя 8 мощности, в результате чего уменьшается мощность, выделяемая нагревателем 9.

Так как система - термостатируемык объем 10, датчики 1,7 температуры, электронагреватель 9 — обладает достаточно большой постоянной времени, то при уменьшении мощности, выделяемой нагревателем 9, температура объема 10 продолжает расти до некоторого значения, превь«шающего заданный уровень t >4,в результате чего разбаланс носта 2 постепенно уме««ыиает, ся,. в зависимости от постоянной в меня системы может достичь нуле значения и затем изменить свой:- -а«-.

При этом мощность, подаваемая «« . греватель 9, также может уменьша" вплоть до нуля так как блок 4 пр.;б.разования напряжения в частоту у-. .роек таким образом, что реагирует ко на одну полярность входного с«;гнала. Температура объема 10 ««ачи««ает

35

Терморегулятор трехэонного термостате, состоящий из трех контуров регулирования температуры зоны, каж4р .дь««« из которых содержит измеритель45

50 с ° .г.Э

?О

25 постепенно уменьшаться — разбаланс моста 2 изменяется в противоположном направлении, на выходе преобразователя 4 вновь появляются прямоугольные импульсы, частота среза фильтра

6 нижних частот f увеличивается и амплитуда импульсов, подаваемых на нагреватель 9 через усилитель 8 мощности, также увелччивается — температура объема 10 начинает расти. Процесс повторяется„

Изменение температуры объема 10 и мощности, выделяемой на нагревателе 9, носит быстро затухающий во времени характер. Абсолютное значение мощности, выделяемой нагревателем 9, в установившемся режиме определяется автоматически самим териорегулятором и зависит от постоянной времени системы и уровня задаваеиых температур.

При изменении условий теплообмена териостатируемого объема 10 со средой при возмущениях) происходит со\ ответствующее установление заданной теипературы аналогично описанноиу, Изобретение позволяет улучшить равномерность температурного поля в термостатируеиои объеме и обеспечивает высокую точность градупровок раэлич««ьк первичных прсобразователей. ч>ормула изобретения ныи мост с те1моиетром сопротивления и. задатчикои температуры, включенныии в соответствующие плечи, последователь««о с которым включен предварительный усилитель, последовательно соединенные уснл««тель мощности и нагреватель, о т л и.ч а ю шийся тем, что, с целью повышения однородности температурного поля в термостате, в крайние зоны термостата введе:«ь«по два допол««итель««ых термометра сопротивления, а в центральную — четыре, в каждом контуре регулирования температуры между входом предварительного усилителя и входом усилителя мощности установлены последовательно соединенные преобразователь напряжения — частота, активный фильтр верхних частот и пассивный фильтр «««ок««их

1629899

4 а. 3 !

Составитель В.Ходунков

Техред Л,Олийнык Корректор С.Черни

Редактор В,Данко

Заказ 439 . Тираж 465 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГЖП«СССР

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб, д. 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул. Гагар а, 11

Гаг ина 101 частот., который выполнен в виде последовательно соединенных Т"образных

RC-цепей, причем в контуре регулирования температуры центральной зоны в качестве резисторов использованы. дополнительные термометры сопротивления крайних зон, а в контуре регули.— рования температуры каждой крайней зоны - соответствующая пара дополнительных термометров сопротивления центральной зоны, при этом все термометры сопротивления размещены равномерно по поверхности нагревателя соответствующей им зоны и имеют иден. тичные электрические и теплофизические параметры.