Термостатирующее устройство
Иллюстрации
Реферат
Оп ИСАНИЕ
И ЗОБРЕТЕ Н ИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
744504
Союз Сояетскмк
Социалистических
Республик (6l) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 17.02.?8 (21) 2582851/18-24 (51) М. К
С 05 D 23/24
G 05 0 23/22 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет—
Государственный комитет (53) УДК 621.555..6 (088.8) Опубликовано 30.06.80. Бюллетень ¹ 24
Дата опубликования описания 05.07.80 до делам изобретений и открытий (72) Авторы изобретения
Л. Л. Зейгман и В. Г. Черный (7l ) Заявитель (54) ТЕРМОСТАТИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО
Изобретение относится к устройствам термостатирования и может быть применено там, где требуется высокая длительная стабильность поддержания температуры, например в метрологии, радиотехнике и др.
Известны устройства, которые содержат термока меру, теплораспределяющую конструкцию, теплоноситель, датчики температу. ры, усилитель, согласующий блок, нагреватель (охладитель) f lf.
Недостаток этих устройств — невысокая долговременная стабильность поддерживае- 0 мой температуры, вызванная нестабильностью характеристики датчика, а также дрейфом нуля усилителя и других элементов схемы.
Наиболее близким по технической сущности является тер моста тируктцтее устройство, содержащее нагреватель, охладитель и первичный преобразователь температуры, расположенные в термокамере, заполненной рабочим веществом, первый и второй триггеры управления, к выходам Второго 2о трип ера управления подключены нагреватель н охладитель, а к установочным входам триггеров управления подключен задатчик режима 3.
Недостаток данного устройства — ииз кая стабильность и точность поддержании температуры, зависящая от стабильности преобразователя температуры, дрейфа нуля усилителя постоянного тока, постоянства порога схем сравнения, а также от стабильности напряжения опорных источников.
Цель изобретения — - повышение точности стройства. оставленная цель достигается тем, что устройство содержит подключенные к выходу первичного преобразователя температуры последовательно соединенные блок дифференцирования, блок вычисления модуля, одновибратор и элемент совпадения, выход которого связан с управляющим входом вто рого триггера управления, второй вход -- с прямым выходом первого триггера управле ния, а выход одновибратора иодклктчен н управляющему входу первого триггера управления.
На фиг. l изображена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2а приведен график мощности, подводимой к термокамере; на фиг. 2б - график количества тепла рабочего вещества; на фиг. 2в зависимость температуры рабочего веще. ства от количества тепла; на фиг. 2г -- тем744504 пература рабочего вещества во времени; на фиг. 2д -- сигнал на выходе блока дифференцирования в точке I; на фиг. 2е — сигнал на выходе блока вычисления модуля н точке 11; на фиг. 2ж — сигнал на выходе одновибратора в точке !Il; на фиг. 2з сигнал на выходе l триггера управления в точке IV; на фиг. 2и — сигнал на выходе элемента совпадения в точке V; на фиг. 2к— сигнаЛ на выходе 2 триггера управления в точке И.
Устройство состоит из первичного пре- ie образователя 1 температуры, помещенного в рабочее вещество 2, температура плавле. ния которого равна поддерживаемой, находящееся в термокамере 3. Термокамера 3 оснащена теплораспределяющей конструк.цией и управляемыми нагревателем 4 и охладителем 5. Первичный преобразователь l температуры связан через блок 6 дифферен° цирования, блок 7 вычисления модуля и од. новибратор 8 с входом элемента 9 совпадения и с одним нз установочных входов первого триггера 10 управления, а выход элемента 9 совпадения подключен к управляющему входу второго триггера 11 управления.
Установочные входы S u R второго триггера 11 управления соединены соответственно с кнопками «нагрев» и «охлаждение» задатчика 12 режима.
Термостатирующее устройство работает следующим образом.
В зависимости от знака разности термостатируемой и начальной температуры в задатчика режима нажатием кнопки подается команда «нагрев» или «охлаждение», например «нагрев». При этой команде в момент i< триггер 10 управления устанавли вается в состояние «О» (точка IV, фиг. 2д), на входе элемента 9 совпадения появляется сигнал запрета. Одновременно триггер 11 управления устанавливается в состояние «l» (точка VI, фиг. 2к), что включает управляемый нагреватель 4 и рабочее вещество 2 начинает нагреваться, так как количество тепла в нем увеличивается (см. фиг. 2а, @ фиг. 26 н фнг.2в). Как только температура начинает расти, на выходе блока 6 дифференцирования (точка 1, фиг. 2д) появляется положительное напряжение. Оно поступает на блок ? вычисления модуля (точка
Il, фиг. 2е) и запустит одновибратор 8, который вырабатывает импульс (точка 111, фиг. 2ж). Вследствие того, что на входе элемента 9 совпадения присутствует сигнал запрета, импульс не проходит через него.
Фронтом этого импульса триггер 10 управления переводится в состояние «1», тем самым снимается сигнал запрета с элемента 9 совпадения. Так как триггер l! управления не изменяет своего состояния, рост температуры продолжается до тех пор, пока рабочее вещество 2 термостата не достигне и температуры плавления Т». (см. фиг. 2в и фиг. 26). Это происходит в момент далее, до момента, когда рабочее вещество полностью расплавится, температура будет постоянной и равной Т„ . В момент tq, когда расплавляется последняя порция рабочего вещества, температура снова начинает подниматься (фиг. 2г). Это вызывает появле- ние сигнала положительной полярности .на выходе блока 6 дифференцирования (точка
1, фиг. 2д), который проходит через блок 7 вычисления модуля на вход одновибратора
8. Последний запускается и вырабатывает импульс (фиг. 2ж), передний фронт которого в свою очередь через открытый элемент 9 совпадения поступает на управляющий вход триггера 11 управления. Этим сигналом триггер устанавливается в состояние «О» (фиг. 2к), управляемый нагреватель 4 отключается и включается управляемый охладитель 5. Температура рабочего вещества понижается до Т„„., при этом на выходе блока 6 дифференцирования появляется отрицательный сигнал (фиг. 2д) .
Этот сигнал, пройдя блок вычисления модуля, изменяет свой знак на плюс (фиг. 2е), однако запустить одновибратор он не может, так как последний еще не успел придти в первоначальное положение. После достижения рабочим веществом температуры
Т„„;оно (согласно фиг. 26, 2в) отдает тепло охладителю, сохраняя при этом температуру до момента перехода в другое фазовое состояние (твердое), которое происходит в момент времени t 3. Начавшееся после этого падение температуры вызывает появление на выходе блока 6 дифференцирования отрицательного скачка напряжения, который преобразуется блоком вычисления модуля в положительный и запускает одновибратор. Этот сигнал устанавливает триггер if управления в состояние «i». При этом от ключается управляемый охладитель 5 и включается управляемый нагреватель 4, Включение нагревателя прекращает уменьшение емпературы и последняя увеличивается до Тп„. Дальнейшая работа устройства заключается в переключении триггера 11 управления в последующее состояние
Таким образом, температура рабочего вещества будет равна Т„„., кратковременно отклоняясь от нее то в одну сторону, то в другую сторону. Колебания же температуры в термокамере обусловлено ее тепловыравнивающими свойствами и могут быть сделаны сколь угодно малыми.
Наличие в термокамере рабочего вещества, обладающего фазовым переходом, и последовательно включенных блока дифференцирования, блока вычисления модуля и эле1 . мента совпадения, позволяет повысить долговременную стабильность поддержания температуры. В этом устройстве долговременная стабильность определяется постоянством температуры плавления рабочего вещества и не зависит от стабильности характеристик узлов, входящих в него, Наличие в устройстве блока дифференцирования полностью исключает зависимость температурbT о7 дрейфов, спектр которых гораздо более низкочастотный, чем спектр полезного сигнала в
744504
S этом устройстве. В связи с этим значительно повышается точность регулирования тем. пературы.
Формула изобретения
Термостатнрующее устройство, содержащее нагреватель, охладитель и первичный преобразователь температуры, расположенные в термокамере, заполненной рабочим веществом, первый и второй триггеры управления, причем прямой и инверсный выходы второго триггера управления соединены соответственно с нагревателем и охладителем, задатчик режима, выходы которого подключены к одноименным установочным входам первого и к разноименнйм установочным входам второго триггеров управлеа ния, отличающееся тем, что, с целью повышения точности устройства, оно содержит подключенные к выходу первичного преобразователя температуры последовательно соединенные блок дифференцирования, блок вычисления модуля, одновибратор и элемент совпадения, выход которого связан с управляющим входом второго триггера управления, второй вход — с прямым выходом первого триггера управления, а выход одновибратора подключен к управляющему вхо. ду первого триггера управления.
Источники информации, принятые во внимайие при экспертизе
l. Авторское свидетельство СССР № l78I76, кл. G 06 К 9/!2, 1960.
2. Авторское свидетельство СССР № 506833, кл. G 05 D 23/24, l 973 (прототип).
744504
Ив
Составитель А. Зарубнн
Релактор Л. Мотыль Техрел К. Шуфрнч Коррект911 Н. Г11игорук
Заказ ЗТЖ!12 Тираж 956 Полниснг е
ИН ИИПИ Государственного комитета СССР по делам < изобретений и открытий
113035, Москва. Ж 35, Раушская наб., д. 4/5
Филиыл П11И Патенте г. Ужгород, ул. Проектная, 4