Устройство для термостабилизации

(9 у 5 023/ ГОСУДАРСТВЕННЫЙПО ИЗОБРЕТЕНИЯМПРИ ГКНТ СССР МИТЕТОТКРЫТИЯМ ПИСАН И ОБРЕТЕНИЯ ВИДЕТЕЛЬСТВ АВТОРСКО(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. 6 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 одному из входов которого подключен резистивный ээдатчик 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 транэистора-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 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.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 последовательноо. 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,1 О, наступает при температуре сст, а баланс моста, образованного резистором 9 - терморезистором 10 и резистором 14 - терморезисто 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ром 15, наступает, если температуры терморезисторов 10 и 15 равны, т.е. при 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-эмперной 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-нагревателе 17 можетвыделиться 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 6.1 аким образом, в процессе разогрева на всех трех нагревателях выделяется максимальная или близкая к максимальноймощность 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 тст восстанавливается баланс моста, в одном из 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 тс 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 тст центральной части камеры, работая в режиме пропорционального регулирования,Таким образом, три нагревателя камеры обеспечивают поддержание температуры 1 ст 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,т, мост, образованный резистивным зэдатчиком 8 и резистором 9 - терморезистором 10, разбалансируется, в результате чего усилитель 7 выдает такой управляющий сигнал на нагреватель правого торца, чтобы восстановить температуру 1 ст. 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 режи 5 1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ме работы темпеоатура торцов камеры термостата поддерживается равной 1 ст и пои наличии градиента температуры окружающей среды вдоль оси камеры.Предлагаемое устройство может быть использовано также для регулирования температуры в двух и более независимых термостатэх, 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 тепло- изоляционного 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 резистивный задатчик температуры, первого и второго терморезисторов, включенных в измерительный мост и исполнительного блока, реализованногэ 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.