Устройство для решения нелинейных задач теплопроводности

о и и. сд"н 1 е ИЗОБРЕТЕНИЯ пц 475629 Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 05.03.73 (21) 1890953/18-24 1) М. Кл. 6 06 а 7/4 аявки М исоединение Государствеииыи комитет Совета Министров СССР по делам изобретенийи открытий 32) Приоритет, Е. Проко олитехническ нститут им, В. И. Ленина ен 54) УСТРОЙ СТВО ДЛЯ РЕШЕНИЯ Н ЕЛ И Н ЕЙ Н ЫХ ЗАДАЧ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ(71) Заявитель Харьковский орде Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и предназначено для задания в ЯС-сетку переменных и нелинейных граничных условий при решении как прямых, так и обратных задач конвективного лучистого и контактного теплообмена.Известно устройство для решения нелинейных задач теплопроводности, содержащее модель-сетку, МОП-транзисторы, усилители постоянного тока, резисторы и делители напряжения. Вход первого усилителя через первый резистор подключен к модели-сетке, соединенной со стоком первого МОП-транзистора, исток первого МОП-транзистора через второй резистор - к выходу первого усилителя и к входу второго усилителя, выход которого соединен с затвором первого МОП-транзистора. Исток и сток второго МОП-транзистора подключены к входу и выходу первого усилителя, причем затвор второго транзистора через третий резистор соединен с выходом первого усилителя, а между стоком и истоком каждого МОП-транзистора включены делители напряжения, к средней точке которых подсоединены подложки МОП-транзисторов.Однако в известном устройстве входное напряжение не является непосредственно электрическим аналогом коэффициента теплообмена. Это снижает точность работы устройства, поскольку каждый раз необходимо при формировании напряжения индивидуально учитывать вид вольт-амперной характеристики линеаризованного МОП-транзистора. Кроме того, указанное устройство, позволяя учитывать 5 переменность коэффициента во времени, не дает возможности учитывать его зависимость от температуры тела, что необходимо при решении некоторых нелинейных задач.Предложенное устройство для решения нелинейных задач теплопроводности отличается тем, что, с целью повышения точности, содержит дополнительно третий операционный усилитель с МОП-транзистором и резисторами в цепи обратной связи и входными резисторами.Вход операционного усилителя через первый входной резистор соединен с узлом сеточной модели, через второй входной резпстор - с вторым входом устропства, через последовательно соедпненныс первый и второй резисторы об ратной связи - с третьим входом устройства исо стоком, а не:юсредственно - с истоком МОП-транзистора, затвор которого через третий резистор обратной связи подключен к третьему входу устропства и через четвертый ре зистор - к выходу третьего операционногоусилителя и резистору в цепи затвора второго МО П-тр анзи стор а.На чертеже показана схема устройства.Устройство включает в себя схему 1 пзвест ного устройства для решения теплопроводноУ К с п У сти, в которой имеется два усилителя 2 и 3 постоянного тока, два МОП-транзистора 4 и 5 и сеточную модель 6.Дополнительно устройство содержит третий операционный усилитель 7, к входу которого присоединены два входных резистора 8 и 9. В обратной связи усилителя 7 включены резисторы 10 - 13 и МОП-транзистор 14. Устройство имеет входы 15, 16 и 17.Для повышения точности работы устройства и также расширения класса решаемых задач управляющий вход линеаризованного МОП- транзистора 5 подключен к выходу усилителя 7. Этот усилитель 7 вместе с входными элементами и обратной связью представляет собой устройство, предназначенное для линейного преобразования напряжения, поданного на его вход, в проводимость дз перехода сток - исток транзистора 14 где У, и У - напряжения, подаваемые с равными знаками на входы 16, 17;Р 4 - сопротивление резистора 9.За счет наличия сопротивлений обратной связи вольт-амперные характеристики транзисторов 14, 5 линеаризованы. Поскольку оба этих транзистора управляются одним и тем же напряжением на выходе усилителя 7, при равенстве пороговых напряжений этих транзисторов проводимость д, транзистора 5 равнаО -К 1 У,Кэ Ж 4 где К 1 и К - коэффициенты пропорциональности соответственно транзисторов 5 и 14.Устройство работает следующим образом.При моделировании конвективного теплообмена на вход 17 подается напряжениеЦ: - Ка,моделирующее интенсивность теплообмена, а на вход 16 - постоянное опорное напряжение. Усилитель 7 преобразует напряжение У. в обратно пропорциональную по величине проводимость д, транзистора 5, включенного в обратную связь усилителя 3. При этом ток, задаваемый в модель, равен где К= -- коэффициент передачи усиЮ 4К 1 Ц 4лителя 7. 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Этот ток является электрическим аналогом теплового потока д, и, следовательно, моделирует граничное условие третьего родад: а(Т - Т) = - г,дп Если в процессе решения задачи необходимопроводить учет зависимости а от температурыТто между входом усилителя 7 и граничнойточкой сеточной модели 6 включается нелинейный резистор 8.При моделировании лучистого теплообменас учетом зависимости степени черноты тела еот температуры в устройстве используютсяодинаковые нелинейные резисторы на входеусилителя 3 с вольт-амперной характеристикойвида 1=аУ 4, а нелинейный резистор 8 имеетвольт-вольтам перную характеристику, отражающую характер зависимости е=(У,). Приэтом на вход 17 подается постоянное опорноенапряжение.В этом случае ток пропорционален тепловому потокуи=: (т) С, (т, - т),где Со - коэффициент лучеиспускания абсолютно черного тела.Устройство может применяться и при решении обратных задач. В этом случае обратнаясвязь усилителя 7 обрывается, а на его входыподается напряжение Г, моделирующее известную температуру исследуемого тела. Усилитель 7 минимизирует разность напряженийУи О.Предмет изобретенияУстройство для решения нелинейных задачтеплопроводности по авт. св. Мо 407341, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышенияточности, оно содержит дополнительно третийоперационный усилитель с МОП-транзистороми резисторами в цепи обратной связи и входными резисторами; вход операционного усилителя через первый входной резистор соединенс узлом сеточной модели, через второй входной резистор - с вторым входом устройства,через последовательно соединенные первый ивторой резисторы обратной связи - с третьимвходом устройства и со стоком и непосредственно - с истоком МОП-транзистора, затворкоторого через третий резистор обратной связи соединен с третьим входом устройства и через четвертый резистор - с выходом третьегооперационного усилителя и резистором, включенным в цепь затвора второго МОП-транзистора,Редактор И, Грузова Корректор А, Дзесова Типография, пр. Сапунова, 2 Заказ 2498/8 Изд.1591 ,Тираж 679 Подписное ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5