Устройство для регулирования температуры

 

Изобретение относится к системам автоматического регулирования и может быть использовано для точного регулирования подводимой к объекту мощности. Устройство содержит 2 операционных усилителя, п - 1 дополнительных операционных усилителей , п транзисторных нагревателей, 1образцовый резистор, первый и второй резисторы и резистор делителя напряжения, 1 регулирующий элемент, 2преобразователя напряжения - ток, 1 амплитудный селектор. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИ ЕСНИХ

РЕСГИЬЛИН (1) 5 С 05 Т) 23/19

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОИ ЕТЕНИЯМ И ОтНРЫТИЯМ

ПРИ П НТ СССР

К A ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (61) 1675864 (21) 4840585/24 (22) 18.06.90 (46) 15.08.92. Ьюл. V 30 (71) Омское научно-производственное объединение микрокриогенной техники

"Иикрокриогеймаш" (72) A.Â.Eðìàêoaè÷ и В;С.Пономарев (56) Авторское свидетельство CССР

II 1b758b4, кл..G 05 !) 23/!9, 1!89. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ

ТЕИИЕРАТУРЬ! (57) Изобретение относится к систеИзобретение относится к системам автоматического регулирования и мо» жет быть использовано для точного регулирования подводимой. к объекту мощности, например, в регуляторах, и температуры объекта в устройствах для измерения холодопроизводительности микрокриогенных систем (ИКС).

Цель изобретения — снижение теплового сопротивления объект-нагреватель, повышение уровня подводимой тепловой мощности, расширение области применения.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для регулирования температуры введены и - дополнительных транзисторных нагревателей; делитель напряжения, выполненный на и резисторах и n - -1 дополнительных операционных усилителей, причем транзисторный нагреватель соединен с другой шиной питания через последовательно соединенные и - 1 допол" нительных транзисторных нагревателей, „„SU „„1755264 А2

2 мам автоматического регулирования и может быть использовано для точного регулирования подводимой к объекту мощности. Устройство содержит 2 операционных усилителя, n — - 1 дополнительных операционных усилителей, и транзисторных нагревателей, 1 образцовый резистор, первый и второй резисторы и резистор делителя напряжения, 1 регулирующий элемент, 2 преобразователя напряжения - ток, 1 амплитудный селектор. 1 ил. делитель напряжения подключен параллельно всем последовательно соединенным нагревателям;. инвертирующие входы соответствующих дополнительных операционных усилителей соединены с соответствующими выводами делителя напряжения, неинвертирующие входыс объединенными выводами соответствующих нагревателей, а выходы подключены к управляющим электродам соответствующих дополнительных транзисторных нагревателей.

Введение и-1 нагревателей позволило уменьшить тепловое сопротивление объект-нагреватель и перегрев нагревателя относительно температуры объекта, расширить диапазон подводимой мощности.

Введение n — 1 дополнительных усилителей обеспечило независимость подводимой к нагревателям мощности от их разброса параметров.

Введение и резисторов делителя обеспечило задание на нагревателях.

1755264 4

Устройство для регулирования температуры раЬотает следующим образом,.

Напряжения 1(на входе 21 и U на входе 22 имеют одинаковый знак, например, минус. Первый выход амплитудного селектора 20, соединенный с, входом преоЬразователя 18, есть выход максимального по модулю значения напряжения из двух входных.

Второй его выход, соединенный с входом преоЬразователя 19, - выход минимального по модулю значения входных напряжений.

Таким образом, при изменении напряжения U(от нуля до U ток I, формируемый на выходе преоЬразователя 18, определяется как

20 14 = K,vî((1) где К - коэффициент преобразования преобразователя 18, а на выходе преобразователя 19 устанавливается ток

25 1г = кг1?, (2) где Кг — коэффициент преобразования преобразователя 19, т.е. через нагреватели протекает ток

R1

I = I

И. RO или из (1) R1

1 =KU — — (Н ioRO

P К(P

PR(1 заданных, например, равных, уровней мощности.

Таким оЬразом существенно расширена оЬласть применения устройства

На чертеже представлена функциональная схема устройства для регулирования температуры„

Устройство для регулирования температуры содержит первый и второй операционные. усилители 1 и 2, дополнительные усилители с первого по (и - 1 ) 3,4,...,5, нагреватели с первого по и -ый 6,7,8,...,9, образцовый рез(1стоф 10, первый и второй резисторы 11 и 12, резисторы делителя с первого по и-й 13, 14,15, ...,16, регулирующий элемент 17, преоЬразователи 18 и 19 ", напряжение - ток, амплитудный селектор

20, вход 21 опорного напряжения, вход 22 управляюц(его напряжения.

Точка соединения нагревателя 6 и резистора 10 подключена через резистор

11 и инвертирующему входу усилителя

1, неинвертируюц(ий вход которого соединен с общей шиной, а выход через регулирующий элемент 17 - с другим входом резистора 10 и через резистор 12 - с инвертирующим входом второго усилителя 2.

Неинвертирующий вход усилителя

2 соединен с точкой соединения нагревателя 6 и резистора 10, а выход - с управляющим входом нагревателя 6. Вход 21 является входом опорного напряжения, а вход 22 -, входом управляющего напряжения амплитудного селектора 20, выходы которого соединены через преобразователи 18 и 19 с инвертирующими входами усилителей 1 и 2. Нагрева-. тели 6,7,8. ..,9, включены последовательно, Другой вывод нагревателя 9 соединен с общей шиной. Резисторы 13, 14, 15,...,16 образуют делитель и включены между точкой соединения резистора 10 и нагревателя 6.

Точки соединения нагревателей и точки соединения резисторов 13, 14, 15,..., 16 родключены соответственно к неинвертирующим и инвертирующим входам усилителей 3,4.

5, выходы которых соединены с соответствующими управляющими входами нагревателей 7,8,...9.

35 (з) ( где kO - сопротивление резистора 10, R1 - сопротивление резистора 12, при суммарном падении напряжения

40 Uz на них

IgR2s или из (2) и = K U k2; (4) где К2 - сойротивление резистора 11.

45 При этом ток через нагреватели задается постоянным (не менее начального тока стока используемых транзисторов), а напряжение на них определяется управляющим напряжением

50 Ug (4).

Суммарная мощность на нагревателях

R1 R2

Р =KKUU

В.О (5) 5. а моцность Р;, выделяемая на каждом из них, R1 R2 R, =ккВ — — „— — -, (ь) г оуро к,, (35

5 17552 где k: - сопротивление i-ro резистора делителя, n - число резисторов делителя.

При дальнейшем изменении напряжения U) U ток Т, формируемый на выходе преобразователя 18, определяется как

Ig= К,I), (7) а на выходе преоЬразователя 19 устанавливается ток Ф К2 о (8)

Ток через нагреватели 6,7,8,...,9

R1 k1

ХН = Э. RO = КлБЪ RO O) (9) 15

1 при суммарном падении напряжений на них

Бн = Х+К2 = К20ол2, (10)

При этом напряжение на нагрева-, 20 телях задано постоянным (определяется минимальным падением. напряжения на регулирующем элементе 17), а ток через них определяется управляющим напряжением U (9), 25

Суммарная мощность P на нагревателях и в этом случае определена выражением (5), а Р; - выражением (6) .

Анализ схемы устройства показывает, что установка тока через нагреватели осуществляется управлением только одного первого нагревателя

6, включенного в отрицательной обратной связи усилителя 2 и используемого в качестве регулятора тока

I Установка суммарного. напряжения на нагревателях осуществляется регулирующйм элементом 17, также установленным в обратной связи усили- 4 теля 1. Распределение (установка) падений напряжений на всех и нагре" вателях осуществляется n — - 1 усилителями 3,4,...,5 в соответствии с номиналами и резисторов 13,14,15, 45

° о,16o

Таким оЬразом, обеспечиваются линейное задание мощности на каждом

i-и нагревателе независимо от изменения или разброса их параметров, 64 6 значительное повышение суммарной рассеиваемой на них мощности.

При этом подведение разогревающего тока к установленным, например, в зоне криостатирования микрокриогенных систем (ИКС) последовательно включенным элементам нагревателя осуществляется всего по двум силовым проводам соответствующего сечения.

Подведение же управляющего воздействия на затворы транзисторов для обеспечения минимальных теплопритоков возможно с помоц ью микропроводов минимального сечения Ьлагодаря отсутствию тока управления по цепи. затвор - исток регулируемого элемента.

Формула изобретения

Устройство для регулирования температуры по авт.св. V 1675864, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью снижения теплового сопротивления оЬьекта-нагревателя, повышения уровня подводимой тепловой мощности и расширения области применения, в устройство введены n — - 1 дополнительных транзисторных нагревателей, делитель напряжения, выполненный на п резисторах, и n — - 1 дополнительных операционных усилителей, причем, транзисторный нагреватель соединен с другой шиной питания через последовательно соединенные n - 1 дополнительных транзисторных нагревателей, делитель напряжения подключен параллельно всем последовательно соединенным нагревателям, инвертирующие входы соответствующих дойолнительных операционных усилителей соединены с соответствующими выводами делителя напряжения, неинвертирующие входы с оЬьединенными выводами соответствующих нагревателей, а выходы подключены к управляющим электрбдам соответствующих дополйительных транзисторных нагревателей. !

17ß264

Составитель А.Ермакович

Техред M.Moðãåíòýë Корректор Н. внучок едактор И,Касарда

Ю Ю

Заказ 2893 Тираж ", . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óærîðîä, ул. Гагарина,101