Устройство для контроля и регулирования температуры

(5 КОМИТЕТИ ОТКРЫТИЯМ ГОСУДАРСТВЕННЬПО ИЗОБРЕТЕНИПРИ ГКНТ СССР ЕНИ НИЕ И О ИДЕТЕЛЬСТ ВТОРСКОМ динен тельство СССР23/24, 1984. тельство СССР3/19, 1982,(54) УСТРОЙ С ЛИРОВАНИЯ (57) Изобрете может быть и регулировани Цель изобрет Г1 Ь 4(56) 1. Авторское саидеМ 1124267, кл. 6 05 О2. Авторское свидеМ 941961, кл. 6 05 О 2 ТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ И РЕГУТЕМПЕ РАТУР Ы ие относится к автоматике использовано для контроля и я криогенных температур.ения - повышение точности.Ы 2, 17 б 7483 А 1 ижении т после- увствиитель 4, нзисторзоне 3 введены вный дей паралующий ство сталя 9 натора 13 улироваь помех оне криподдержания температуры при сн уровня помех. Устройство содержи довательно соединенные термоч тельный мост 1, операционный усил усилитель 5 мощности, силовой тра 6 и нагреватель 8, размещенный в криостатирования, В устройство стабилизатор напряжения, резисти литель 9 напряжения, подключенны лельно нагревателю, шунтир конденсатор 13, Введение в устрой билизатора 7, резистивного делите пряжения, шунтирующего конденса позволяет повысить точность рег ния температуры и снизить уровен на нагревателе и,следовательйо в з остатирования. 1 ил.Изобретение относится к информационно-измерительнойтехнике и может быть использовано в устройствах для контроля и регулирования температуры в зоне охлаждения микрокриогенных систем.Известно устройство для регулирования температуры Ц, содержащее трансформатор с двумя встречно включенными обмотками, подключенными к датчику и задатчику температуры через выпрямитель и к входам операционного усилителя с обратной связью непосредственно, усилитель мощности на транзисторе, нагреватель, делители напряжения, конденсаторы и интегральный стабилизатор напряжения, подключенный выводом для выключения внешним сигналом через первый делитель напряжения к выходу операционного усилителя.Недостатком этого устройства является ограниченная область применения ввиду того, что через усйлитель мощности и йагреватель протекает импульсный ток прямО- угольной формы,Регулировайие мощности, выделяемой нанагревателе, и, следовательно, регулировайие температуры в зоне криостатирования происходит за счет изменения длительности импульсов. тока. Такой принцип регулированйянеприемлем в том случае, когда чувствительные к помехам элементы устайавливаются в непосредственйой близости от нагревателя,Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является пропорциональный регулятор температуры 2). Он Содержит термочувствительный мост, основной усилитель постоянного тока, к выходу которого подключен нагреватель, разделительный конденсатор, дополнительный усилитель, задатчик опорного на. пряжения, а также включенные последовательно и подключенные к выходу дополнительного усилителя амплитудный детектор, элемент сравнения, вторым входом связанный с выходом задатчика опорного напряжения, и управляемый делитель напряжения, выход которого соединен с управляющим входом основного усилителя.Недостатки этого устройства следующие: недостаточная точность поддержания температуры ввиду изменения напряжения на нагревателе при изменении напряжения питающей сети в широком диапазоне (примерно в 1,5 раза от минимального до максимального значения); недостаточная передача переменной составляющей напряжения с нагревателя в широком диапазоне частот из-за ограниченной величины емкости разделительного конденсатора и,следовательно, недостаточное снижениеуровня помех на нагревателе.Целью изобретения является повышение точности поддержания температуры взоне криостатирования, снижение уровняпомех на нагревателе и, следовательно, взоне криостатирования.Цель достигается тем, что в устройстводля контроля и регулирования температуры,содержащее последовательно соединенныетермочувствительный мост, операционныйусилитель, усилитель мощности, последовательно соединенные силовой транзистор инагреватель, введены стабилизатор напряжения (142 Ен 2 Б), который одним выводомподключен к средней точке резистивногоделителя напряжения, а другим выводом 13- к базе основного транзистора; резистивный делитель напряжения, подключенныйпараллельно нагревателю; шунтирующийконденсатор, включенный междубазой силового транзистора и средней точкой делителя.На чертеже изображена принципиаль 2 Д ная схема устройства,Устройство содержит термочувствительный мост 1, одно из плеч которого зашунти рован о полупроводниковымкриогенным термопреобразователем 2, рас 30 положенным в зоне 3 криостатирования,Последовательно с мостом включены операционный усилитель 4 (микросхемы 140 УД 7),усилитель 5 мощности. На базу силовоготранзистора 6 подается выходное напряже 3 Д ние с интегрального стабилизатора 7, Последовательно с силовым транзистором 6подключен нагреватель 8, параллельно которому подключен делитель 9 с верхним 10и нижним 11 плечами.40 Устройство работает следующим образом.При включении микрокриогенной системы и, следовательно, устройства для контроля и регулирования температуры в зоне4 Д криостатирования температура +(25 ф 10) С,сопротивление полупроводникового криогенного термопреобразователя 20 - 30 Ом,Напряжение+(27 ф)В подается на кон 50 такты 4, 16 относительно контакта 8 интегрального стабилизатора 7. Напряжение нанижнем плече делителя больше 1,8 В, т.к.транзистор 12 усилителя Д мощности открыт(1,8 В - напряжение внутреннего источника55 опоры интегрального стабилизатора, См,Аналоговые и цифровые интегральные схемы,/Под ред, С.В.Якубовского. М.: Сов, радио, 1979). Напряжение на нагревателеравно нулю.1767483 Составитель А, СафроноваТехред М.Моргентал Корректор М, Петрова Редактор Заказ 3548 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 При понижении температуры в зоне криостатирования до 80- 1 К сопротивление полупроводникового криогенного термопреобразователя увеличивается до 10-20 кОм, транзистор 12 усилителя мощности закрывается, напряжение на нижнем плече делителя уменьшается, силовой транзистор 6 открывается и через нагреватель течет ток,При изменении напряжения питающей сети от 24 до 34 В, при изменении температуры в зоне криостатирования от 79 до 81 К изменяется напряжение на нагревателе и, следовательно, на делителе. Сигнал об изменении температуры в зоне криостатирования поступает на нижнее плечо 11 делителя с выхода операционного усилителя. Напряжение со средней точки делителя подается на контакт 12 интегрального стабилизатора 7. Кроме того, при пульсациях в сети в диапазоне от 20 Гц до 25 кГц делитель с шунтирующим конденсатором 13 обеспечивает обратную связь по переменному току в указанном диапазоне частот.При увеличении напряжения питающей сети или при увеличении амплитуды пульсации питающей сети, или при изменении температуры в зоне криостатирования до (80+ 1) К напряжение на нагрузке - нагревателе увеличивается, сигнал, поступающий на базу силового транзистора, изменяет сопротивление перехода коллектор - эмиттер транзистора (увеличивает), падение напряжения на переходе увеличивается, а на нагрузке - нагревателе уменьшается и поддерживается постоянным, постоянной поддерживается и температура в зоне криостатирования,При уменьшении напряжения питающей сети или при уменьшении амплитуды 10 пульсаций питающейсети, или при изменении температуры в зоне криостатирования до (80 - 1) К. сопротивление перехода коллектор -эйиттер силового транзистора уменьшается, падение напряжения на пере ходе уменьшается, а напряжение на нагревателе увеличивается и поддерживается постоянным, постоянной поддерживается и температура в зоне криостатирования.Предлагаемое устройство осуществляет 20 контроль температуры в зоне криостатирования при пОдключении к выходу операционного усилителя 4 измерительного прибора, предварительно проградуированного в единицах температуры.25 Формула изобретенияУстройство для контроля и регулирования температуры, содержащее последовательно соединенные термочувствительный мост, операционный усилитель, усилитель 30 мощности, последовательно соединенные силовой транзистор и нагреватель, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности при снижении уровня помех, оно содержит стабилизатор напряжения, резистивный де литель напряжения и шунтирующий конденсатор, при этом резистивный делитель напряжения подключен параллельно нагревателю и связан выходом с управляющим входом стабилизатора напряжения и через 40 шунтирующий конденсатор с входными электродами силового транзистора, связанного с выходом стабилизатора напряжения, управляющий вход которого подключен к выходу усилителя мощности.45