Квадратор

Квадратор

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ. Союз Советскик

Социаттнстнчеснмк

Республик ()943754 (6!) Дополнительное к авт. саид-ву (22)Заявлено 22.05.79 (21) 2769731/18-24 (51) М. Кл. с присоединением заявки №

G 06 G 7/20

3Ъеуаарстекнный квинтет

СССР нв делан нзебретеннй н аткрытнй (23) Приоритет

Опубликовано 15.07.82. бюллетень № 26 (53) УДК681.335 (088.8) Дата опубликования описания 17. 07. 82 (72) Авторы изобретения

Ю.С. Мальцев, В.Д. Иевченко и М.М! и ЙМФВО. акаквхиле

ИЬЛ%Отй:1Д (7I).Заявитель (54) КВАДРАТОР

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и может быть использовано для построения аналоговых вычислительных устройств, выполняющих операцию возведения в квадрат электрических сигналов.

Известен квадратор, содержащий электрический нагреватель и датчик температуры (термопдру, термосопротивление и т.п.) (1).. о

Такие квадраторы работают при любой полярности входного сигнала, но имеют низкую чувствительность и ограниченный динамический диапазон изменения входных сигналов.

Наиболее близким к предложенному по техническому решению является квадратор, содержащий электрический на" греватель, выводы которого являются входом квадратора, охладитель, первая о рабочая поверхность которого находится в тепловом контакте с электрическим нагревателем, а выводы являются выходом квадратора, датчик температу2 ры, чувствительный элемент которого находится е тепловом контакте с первой рабочей поверхностью охладителя L23.

Недостатком его является ограниченный динамический диапазон, обусловленный конечным тепловым сопротивлением охладителей, выполненных из известных термоэлектрических мате» риалов.

Цель изобретения - расшярение диапазона входного сигнала.

Эта цель достигается тем, что . квадратор, содержащий электрический нагреватель, выводы которого являются входом квадратора, охладитель, первая рабочая поверхность которого на" ходится в тепловом контакте с электрическим нагревателем, а выводы яв" ляются выходом квадратора, датчик температуры, чувствительйый элемент которого находится в тепловом контакте с первой рабочей поверхностью охладителя, содержит дополнительный

3 943754 4 охладитель, теплоотвод, дополнительный дифференциальный датчик температуры, причем основной датчик температуры выполнен также дифференциальным, другой чувствительный элемент основного датчика температуры находится в тепловом контакте с второй рабочей поверхностью основного охладителя, которая находится в тепловом контакте с первой рабочей поверхнос- 1о тью дополнительного охладителя, теплоотвод находится в тепловом контакте с второй рабочей поверхностью дополнительного охладителя, выводы которого являются дополнительныи выхо- 15 дом квадратора, первый чувствительный элемент дополнительного дифференциального датчика температуры находится в тепловом контакте с второй рабочей поверхностью дополнительного охладителя, а второй чувствительный элемент с одной из рабочих поверхностей основного охладителя.

На чертеже приведена конструкция квадратора. 25

Квадратор содержит электрический нагреватель 1, охладитель 2, основной датчик температуры 3, дополнительный охладитель 4, дополнительный дифференциальный датчик температуры 5, теплоотвод 6.

Первая рабочая поверхность 7 охла" дителя 2 находится в тепловом кон.такте . электрическим нагревателем 1.

Вторая рабочая поверхность,8 охладителя 2 находится в тепловоФконтакте с первой рабочей поверхностью 9 дополнительного охладителя 4, вторая рабочая поверхность 10 которого нахо" дится в тепловом контакте с теплоот-. водом 6.

Квадратор работает следующим образом.

Входной сигнал в виде электрического тока 18 подается на нагреватель 1. На выводы охладителей 2 и 4 подаются опорные сигналы 1оп и 1 п„от регулируемых источников тока.

Регулируя величину опорного тока

10п через охладитель 4, можно постоян»

4 но поддерживать нулевой сигнал датчика. температуры 3, т.е. постоянно поддерживать равенство температур рабочих поверхностей 7,8 и 9 охладителей2 и 4.

Регулируя величину опорного тока 1 через охладитель 2, можно устаопц новить нулевой сигнал на выходе двтзо

4О

55 чика температуры 5, что будет свидетельствовать о равенстве температур рабочих поверхностей 7-10 охладителей 2 и 4. При этом мощность, выделяемая входным током 18, в нагревателе 1, будет полностью поглощаться охлаждающей мощностью, выделяемой охладителями 2 и 4, т.е.

16 К = К21оп = К4!оп4 (1) где R - сопротивление нагревателя 1;

К2,К4 - коэффициенты, учитывающие термоэлектрическую эффективность материала охладителей 2 и 4.

Таким образом, зависимость между входным током 1 Х и опорными токами !, 1 имеет квадратичный характер.

On o

При изменении входного сигнала 1 иежду мощностью, выделяемой в нагревателе 1 (1 к), и охлаждающей мощ 2

ЬХ ностью, выделяемой охладителем 2

1 возникает разность b P = 1 „К= К21< п апъ, что приводит к изменению температуры

1 нагревателя 1 и охладителя 2.

Скорость изменения этой температуры равна йР

С где С - теплоемкость нагреваемых элементов.

Так как температуры рабочих поверхностей 7, 8 и 9 постоянно поддерживаются равными, то через промежуток. времени t изменение температуры рабочих поверхностей 7, 8 и 9 относительно рабочей поверхности 10 равно

1 йТ =J dt = — - t, (2) йР . йР

С С

Это изменение температуры вызывает изменение сигнала датчика температуры 5. Следовательно, при нарушении равенства (1) входной сигнал датчика температуры 5 изменяется, причем величина выходного сигнала датиика температуры линейно возрастает в функции времени, т.е. чувствительность квадратора зависит от времени квадратирования.

Поскольку разность температур между рабочими поверхностями 7 и 8 постоянно поддерживается равной нулю, то утечка тепла за счет теплопроводности конструктивных частей охладителя 2 равна нулю, т.е. возможности повышения чувствительности предложенного квадратора не ограничены теплопроводностью охладителя.

5 94375

При квадратировании малых сигналов на величину чувствительности квадратора могут оказать влияние утечки тепла за счет теплопроводности окружающей среды. В этом случае кввдра тар может быть помещен в вакуум.

Поскольку в процессе работы квадратора температура рабочей поверхности 7 поддерживается равной температуре рабочей поверхности 8, то диф- о ференциальный датчик температуры 5 может быть установлен между рабочими поверхностями 8 и 10 охладителей 2 и 4.

Преимущества предложенного квадра" 13 тора в сравнении с известным состоят в том, что, при наличии раэбаланса между мощностью, выделяемой в нагревателе, и мощностью, выделяемой в охладителе, выходной сигнал известного 20 квадратора изменяется вначале по закону, близкому к линейному, а при увеличении времени квадратирования - по экспоненциальному закону (за счет теплопроводности охладителя(, т.е. 23 квадратор-прототип можно рассматривать, как интегрирующее звено с потерями.

В предложенном же квадратаре влия-.

we теплопроводности элементов охла- 30 дителей практически исключено, поэто,му выходной сигнал его изменяется ли» нейно в функции времени, т.е. предложенный квадратор можно рассматривать как интегрирующее звено беэ потерь.

Величину, на которую изменяется .температура нагревателя известного квадратора по окончании процесса установления, можно определить по формуле 40

Формула изобретения

Квадратор, содержащий электрический нагреватель, выводы которого явпяются входом квадратора, охладитель, лервая рабочая поверхность которого находится в тепловом контакте с элек рическим нагревателем, а выводы являются выходом квадратора, датчик температуры, чувствительный элемент которого находится в тепловом контакте с первой рабочей поверхностью охладителя, о т.л и ч а ю шийся тем, что, с целью расширения динамического диапазона входного сигнала, он содержит дополнительный охладитель, теплоотвод, дополнительный дифференциальный датчик температуры, причем основной датчик температуры выполнен также дифференциальным, другой чувствительный элемент основного датчика температуры находится в тепловом контакте с второй рабочей поверхностью основного охладителя, которая находится в тепловом контакте с первой рабочей поверхностью дополнительного охладителя, теплоотвод находится в тепловом контакте с второй рабочей поверхностью дополнительного охладителя, выводы которого являются дополнительным выходом квадратора, первый чувствительный элемент дополнительного дифференциального датчика температуры находит ся в тепловом контакте с второй рабочей поверхностью дополнительного охла" дителя, а второй чувствительный элемент - с одной иэ рабочих поверхнос.тей основного охладителя.

И сточни ки информации, принятые во внимание при экспертизе, 1. Корн Г., Корн Т. Электрические аналоговые и аналого-цифровые вычислительные машины. М., "Мир", 1967, с ° 345.

2,. Авторское свидетельство СССР по заявке N 2587583/24, кл. В 06 6 7/20, 1978 (прототип). дР

zT = /

I где q - теплопроводность элементов охладителя.

В предложенном квадраторе выходной as. сигнал при разбалансе мощностей нагревателя и охладителей зависит от времени и определяется по формуле (2).

Поэтому даже небольшой разбаланс между поглощающей и выделяемой мощнос- 30 тями будет вызывать появление сигнала датчика температуры, линейно увеличивающегося во времени. Это позволяет использовать квадратор для возведения в квадрат весьма малых сиг" нало в, что и обеспечи вает расши рение динамического диапазона.

943754

Составитель Н. Балабошко

Ре8актор Л. Веселовская Техред А. Ач Корректор В БУтЯга

Заказ 5114 58 Тираж. 731 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

11303 Москва N-35 Раушская наб. д. 4/5

4АьА А

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная,